临近空间是一片神秘地带，不仅具有奇特的自然现象，还有很多科研价值。
然而传统的航空航天飞行器却很少涉足临近空间高度，这究竟是为什么呢？
临近空间又有哪些有待探索的科学价值呢？
一、临近空间在哪里？
地球表面被大气层包围着，这个圈层有1000km的厚度，从近地面以上是对流层、平流层和高层大气，而1000km以外就是外太空了。
临近空间（也被称为“近空间”、“空天过渡区”、“亚太空”或“亚轨道”等）一般是指距离地面20km-100km左右的地球空间（美国定义为20km至120km），跨越了对流层、平流层和中间层的高空区域，有着比较特殊而复杂的环境，具有高辐射、低温、干燥等特点，也受到电磁辐射的极大影响。
临近空间处在一个很“尴尬”的高度范围，普通航空飞行器的飞行高度通常在20km以下，天基卫星的飞行高度通常在100km以上，而在20km-100km的空域范围，飞机和卫星难以长时间驻留，可谓“飞机上不去，卫星下不来”。
（图2 飞行器飞行高度分布，图片来源于Ohbot）
相较于相邻大气圈层，临近空间的物质构成、能量输运以及相互作用极其复杂，临近空间蕴含着丰富的待探测的物理现象和待发现的科学规律，科学认知有待深入。
二、临近空间有哪些特殊现象？
除了大气圈层的划分外，还有电离层的划分。
电离层是地球大气的一个电离区域，电离层从离地面约50km-60km开始，一直伸展到约1000km高度的地球高层大气空域，是由太阳电磁辐射、宇宙线和沉降粒子作用于地球高层大气，使之电离而生成的由电子、离子和中性粒子构成的能量很低的准中性等离子体区域。
（图3 gif动图太空上拍摄到的电离层，图片来源于网络）
临近空间与电离层的D层（离地面约60km-90km）、E层（离地面约90km-140km）也有着交集，因此在临近空间存在着许多特殊的现象。
最典型的如极光，实际上，它是大气粒子受激发光的现象，就像是靠近南北极地带上空的彩色光带。
极光的受激激发是临近空间中高空气体分子（或原子）自身能级变化的过程。
当粒子从高能级变为低能级的时候就会向外辐射电磁波。
如果辐射的电磁波是可见光频率范围，那么气体就发光了。
高空分子气体有很多种类，每种的能级都不相同，因此它们产生的极光也是五颜六色，各不相同。
气辉是中高层大气普遍存在的一种微弱发光现象，一般是由中高层大气自身的过程激发的。
气辉虽然黯暗，但分布广阔，因此也是中高层大气的示踪物（Tracer，也就是追踪物或标记物），其分布和变化过程蕴含着中高层大气多种参数信息。
临近空间还有一种特殊的云——珠母云。
珠母云通常形成于冬季极地(高纬度地区)的平流层，即海拔15km-25km左右的大气层。
在“黄昏”期间，也就是当太阳位于地平线以下1°至6°之间，一天中第一道或最后一道光线从下面照射到这些海拔云层上时候。
这种光被云中的冰晶折射，这一过程被称为云彩彩虹，产生闪烁的彩虹效果。
（图6 2008年1月20日摄影师F. Prata在挪威南部Leirsund拍摄的一组珠母云随时间变化的照片）
红色精灵（又称红闪或精灵闪电），是一种高层大气中非常壮观的放电现象，通常发生在雷雨云云层的顶部，距离地面约50-90km。
红色精灵上半部是红色，底部则渐渐转变为蓝色，宽度约在5km-10km内。
红色精灵的发生概率比较小，随机性很强，通常呈现出巨大而微弱的闪光，其亮度相当于中等亮度的极光，可持续约十到一百毫秒，如同闪电般转瞬即逝。
（图7 2019年8月瑞士摄影师Roger Spinner在意大利北部拍摄到的红色精灵）
除了红色精灵，还有蓝色喷流，是一种局限在低于40km大气层中的一种发光现象。
通常呈细锥形，从积雨云顶端出现后以大约每秒100km的速度向上传播，直到40km-50km的高度开始消散，持续时间约200-300ms。
其蓝色可能是来自氮气分子的发射光谱，并且比红色精灵要亮。
（图8 2016年，天文摄影爱好者在拍摄英仙座流星雨时记录下的蓝色喷流）
这些特殊的发光现象壮丽绚烂、变幻夺目，也赋予临近空间一种神秘的色彩。
而实际上大多数发光现象的主导者是太阳，科学家们形象地把太阳耀斑（增强电磁辐射）、太阳质子事件（高能带电粒子流）和日冕物质抛射称为太阳风暴的三轮冲击，它们是临近空间大气演化的主要驱动源之一，同时也牵引底层大气发生相应变化。
因此，对于这些现象的进一步观测与分析，以及对太阳物理、空间天气的相关研究，是临近空间的科学方向之一。
三、临近空间还有哪些科学问题？
