○吕传彬

活跃的高空大气层

○吕传彬

早在1901年12月12日，美国一家报纸就以大字标题发了一条醒目的新闻：“无线电波跨越了大西洋”。它使读者震惊。众所周知，无线电波和光波一样，是以直线传播的。而此时，无线电波怎么会从英国绕到了纽芬兰，通过了地球弧度的四分之一的距离呢？当时，科学家并未对此做出解释。

后来科学家提出了一种假设，即对这件事情的一种可能解释。他们认为，在地球大气层边缘有一个“天空镜”，无线电波就是从那里被“弹”下来返回地球的。

再后来，人们发现了电离层。电离层中充满了氧原子和氮原子，它们吸收太阳能以后就失去了外层电子，正是这些被释放的电子使无线电波返回地球。这样就发现了“天空镜”。

范艾伦辐射带

科学家在发现电离层后又有了新的发现：电离层上方的大气层中有得以实现全球性通信的通路。空间的这个区域始于地球表面以上的几百公里处，一直延伸到几万公里的高空。这个地带就是科学家所说的范艾伦辐射带。它的形状如同双环的电子回旋加速器。它和电离层一样，带中充满了荷电粒子，所不同的是，范艾伦带中的电场强度比电离层的强得多。

地球本身就是一个磁体，它有南极和北极，以及由地球磁场形成的磁层。地球的磁层不同于一般磁体的磁场，由于巨大的太阳能的作用，磁层的形状像流线型的泪滴。这就是通常所说的太阳风导致的现象。

太阳风

太阳不断地放出电子、氢、氦和其他重元素的核子组成的完全电离的粒子流，并以约400公里每秒的速度将这些带电粒子“吹”到空间，这就是太阳风。太阳风“吹过”太阳系内的各种物体，和它们相互作用；当太阳风“吹过”地球时，其中大部分的带电粒子呼啸而过，撞击着地球磁层，和地球磁场相互作用，使磁层变成泪滴形；一部分粒子强行穿过地球的磁屏障，被地球漏斗形的极地强磁场的磁力线捕获，正是陷入这里的数量巨大的太阳风粒子形成了范艾伦辐射带。

虽然这些带电粒子被禁锢在地球高空，但仍携带着很高的能量。只在几秒钟的短暂时间之内，它们就能在地球的南极和北极之间啸叫、闪烁、跳动和旋转。

太阳风暴

有时，太阳能量突然爆发，称为太阳风暴。在强烈的太阳风暴期间，太阳风粒子能以800公里每秒的速度向地面侵袭！这种凶猛的侵袭使磁层变弱，带电粒子涌到范艾伦带。从这里，粒子喷入地球极地上空的大气层。

在电离层中，这些高能太阳风粒子遇到氧原子和氮原子，激励它们发光，而更多的情况是电引起磁层发光，绿色、白色、蓝色和红色的光条纹在极地上空飘舞，这就是极光。

这种发光现象是带电粒子与电离层碰撞的结果，它对无线电波和电视信号的传播也有影响。太阳风暴期间，传播到电离层上的信号损失决定于电离层顶部的静电干扰情况。在太阳风暴期间，全球性的通讯随时能被切断，甚至主要的军事防御站的无线电通信也会中止。

产生磁暴的太阳风暴，很少能持续24小时以上，当太阳风衰减下去的时候，磁层便恢复正常。此时，太阳风粒子安然地悬浮在地球上空。

科学家研究了太阳风暴对无线电通信干扰的情况，提出借助地球上空的高能粒子来实现全球性的无线电通信的设想。为此，科学家做了实验，他们用大功率发射机将甚低频无线电波对着空间发射出去，其目的是想在没有人造卫星的帮助下实现远距离通讯。

天然放大器

科学家把甚低频无线电信号发射到地球高空，结果是大部分甚低频信号从电离层反射了回来，另一部分信号一直向上传播，直抵范艾伦带。实验证明，信号传播得相当远，最后沿磁层磁力线返回地球，仅在几秒钟的时间内就绕了地球半周。返回的信号有时可放大一千倍，有时却在完全没有放大的情况下返回。

科学家利用人造卫星对范艾伦带中的扰动情况进行了分析，发现无线电信号是从范艾伦带中的电子上获得能量的，使信号得到了增强。范艾伦带的作用好像是携带信号绕地球半圈的人造卫星，同时也起到了天然放大器的作用。

无线电信号在范艾伦带中放大并围绕地球传播的结论是科学家十多年来的研究成果，它揭示了甚低频远距离通信的秘密，为寻求全球性的通信通路开辟了道路，提供了可能。

在未来

在范艾伦带中，甚低频无线电信号有时放大了一千倍，有时完全不能放大，对此科学家至今还不能做出解释。目前，科学家正在借助围绕范艾伦带内侧的人造卫星发射甚低频信号，然后由地面站接收，用以研究无线电波在范艾伦带中的行为。

甚低频信号传播的距离很远，如果能使无线电波在范艾伦带中得到放大，那么只需为数不多的发射机，即可实现全球性的通信。这种新的通信系统可以不借助人造卫星的帮助，是一种廉价而灵活的通信方式。甚低频还适合水下通信和舰船导航，便于远距离的军事联络。

或许，全球性的新的通信系统很快就会建立起来，只是在伺机使用罢了。