极光竟然导致地球大气层每天损失数百吨氧？

从国际空间站拍摄的地球云层

科学家经研究发现每天有数百吨氧从地球大气层逃逸到太空。这种现象被他们称之为“气体喷泉”。根据美国宇航局地球天文台公布的一份新闻稿，没有两次氧外逃事件一模一样。为了揭开地球氧外逃的谜团，地球天文台实施了一项观测任务。

“奋进”号航天飞机遨游天际。橙色为对流层，白色为同温层，蓝色为中间层

这项任务是宇航局地球天文台 VISIONS-2 计划的一部分，需要满足特定条件才能付诸实施。在挪威斯瓦尔巴特群岛的新奥尔松，科学家实施了这项观测任务。之所以选在新奥尔松是因为它是世界上最北的人类定居点，建有一个全年无冰的港口以及一个现代火箭发射设施。冬季的夜晚，太阳不会光顾新奥尔松，不会干扰科学家对极光的研究。

除此之外，还有另一个优势，让 新奥尔松 成为实施 VISIONS-2 任务的理想之选。每天早上，新奥尔松会在地球磁泡的一个弱点下方穿过。这个弱点就像是一条隧道，将猛烈的太阳风导入上层大气层。这会导致绚烂的极光秀，“蒸煮”大气层的空气，以“喷泉”的形式将它们逐入太空。

新奥尔松的极光和星辰

最近， VISIONS-2 团队发射了两枚探空火箭，研究极光期间的氧流失。探空火箭是有针对性的小型火箭，可以快速发射。这一次发射的火箭携带了照相机和其它设备。发射团队必须耐心等待，但它们无需等到极光出现，才发射火箭。在深空气候观测卫星（ DSCOVR ）的帮助下，他们提前得到极光即将出现的通知，随即发射火箭。

DSCOVR 是美国国家海洋与大气管理局的太阳风观测卫星，处在地球与太阳之间的拉格朗日点。这颗卫星会通知 VISIONS-2 团队太阳风何时达到足够的强度并且方向刚刚好，能够导致极光。理想情况下， VISIONS-2 团队能够提前一小时得到通知。

新奥尔松座落于北纬 78.9 度，距北极 1237 公里

即使拥有 DSCOVR 这样的先进预警系统， VISIONS-2 团队仍要小心谨慎。如果太阳风突然变弱，他们就浪费了一次发射。如果地球大气层中的风过强，也会带来问题。探空火箭没有导航系统，发射前必须考虑风的因素。庆幸的是， VISIONS-2 团队还有另一件利器——气象气球。他们每 30 分钟放飞一次气象气球，监测大气层中的风。

12 月 7 日，研究人员在新奥尔松发射两枚探空火箭。两枚火箭搭载了一系列仪器，部分仪器需要一个旋转平台，其它的不需要。两枚火箭的发射间隔几分钟，以便让类似仪器获取不同时间点的数据。在它们的帮助下， VISIONS-2 团队能够对地球大气层的氧流失进行研究。

探空火箭发射升空。虽然个头很小，探空火箭也携带先进仪器，为科学家提供重要观测数据

VISIONS-2 任务首席研究员、宇航局戈达德太空飞行中心的空间物理学家道格·罗兰德表示：“在瓦诺普斯岛制造这些复杂且性能出众的有效负荷，以及进行集成、测试和发射方面，我们拥有非常丰富的经验。此次发射是一个激动人心的时刻，当时的科学观测条件非常理想，所有仪器都上演出色表现。”

发射后，火箭拥有 10 分钟的观测时间，帮助科学家研究“大气喷泉”。中性原子成像相机在“喷泉”内外拍摄了照片。极光相机记录下极光活动、温度、强度和高度。如果一切顺利，科学家能够获得一面所谓的“科学墙”。科学墙用于展示极光活动及相关预测数据。

12 月 7 日，两颗探空火箭从挪威新奥尔松发射升空，帮助科学家揭示地球大气层中的氧如何逃逸到太空

12 月 7 日的发射似乎取得成功。对数据的初步分析结果表明，探空火箭的仪器运转正常，传回了预期数据。罗兰德说：“我相信我们看到了‘大气喷泉’。”科学家仍需对数据进行分析和梳理，“但我们已经掌握了多个角度的证据”。

很显然，地球是一颗活跃的星球，每时每刻都在上演各种活动和现象。 VISIONS-2 计划不仅能够帮助我们进一步了解地球，同时也有助于对其它行星进行研究，解答一系列重要疑问——哪些行星具有适居性？一些行星为何沦为荒漠？一颗类似火星的行星（一度拥有大气层）如何失去大气层？

新奥尔松上空的极光

地球大气层不会在短期内损耗殆尽。一直到 50 亿年后太阳变成红巨星，地球才会遭受这种厄运。变身红巨星意味着太阳会不断膨胀，剥离地球大气层，地球文明将不复存在。

地球大气层在极光活动期间损失的氧和氢数量很少。每天有数百吨氧逃逸，听起来虽然很多，但我们无需大惊小怪。在任何情况下，地球上的光合作用都能弥补这种损失。对这种现象进行研究具有重要意义，有助于我们了解背后的机制并获取相关细节，进一步洞察地球与太阳之间的关系。