太 · 空

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空：太空不“空”

“云盖看木秀，天空见藤盘”、“天空闻圣磬，瀑细落花巾”、“天空浮脩眉，浓绿画新就”……不同于雾霾、沙尘暴，不同于摩天楼、飞机，在古人眼里，天是蔚蓝而空旷的。而在这天空之上，就是“太空”——极高的天空。

天空之上有“太空”

 

而在多数人的印象中，太空（宇宙空间，space）几乎等于真空。浩瀚无际的宇宙，没有空气，没有生命，甚至无所谓时间流逝，宁静、虚无、永恒。但是，即使不去探讨物理学上“绝对的真空”存在与否的问题，我们所处的宇宙空间是非常“充实”的。

除了肉眼可见的星球、碎石，太空中依然有尘埃、冰粒和气体。例如，一些遥远宇宙的星云包含着大量密度很低的星际尘埃；彗星诞生的区域物质因为温度低而凝结成冰；那些靠近太阳的彗星则会因加热而挥发出氢、羟基、氧、硫、碳等各种物质；超新星爆发除了各种物质粒子，甚至能以移动的云状物质群形式释放大量的铁。

而我们的太阳，无时无刻不在向太空中释放两种东西：电磁辐射和粒子辐射。宇宙中其他的恒星莫不如此，这些电磁波和粒子散布在太空中，互相碰撞并与磁场作用，达到平衡。

就以太阳为例，我们平时说的“太阳光”这样的可见光，就是一种电磁能量的辐射，而太阳其实辐射所有波长的电磁波，例如x射线、极紫外射线等等，只是强度有大有小。太阳每秒钟损失400万吨的质量变为电磁辐射能量射向太空，而地球可以捕捉到的能量为其中的22亿分之一。

不同波长的太阳光：除了我们看得见的还有我们看不见的

 

同时太阳还有粒子辐射，不仅爆发活动的时候有太阳宇宙射线（也叫太阳高能粒子，主要成分是质子、电子和其他原子核）甚至中子射线，平时所谓的“太阳风”，也是太阳大气粒子在加热加速等作用后向太空以每秒数百千米的速度“流淌”的现象。太阳风粒子的密度确实不高，在地球附近，每立方厘米只有几个到几十个粒子，而地球上的风的密度每立方厘米有2687亿亿个分子。

地球周围的大气越往高处越稀薄，高处几乎只剩下氢、氧等元素的原子、离子，它们也会逃逸到太空，在地球周围形成名为“等离子体层”的区域，密度比太阳风还是要高出上百倍的。

在这些物质粒子中间，磁场也是少不了的。地球周围的粒子是由地球磁场束缚住的，并且在与太阳风的“对抗”中，正面可以到大概10倍地球半径的太空中，背面可以伸展到上百倍地球半径远；而太阳风之类的等离子体当中会携带着太阳的磁场，也就是所谓的“磁冻结”，把磁场一起带到太空中。

太阳风、地球磁场和地球等离子体区域

 

不仅其他遥远星球的光和电磁波能不远万里来到地球（射电望远镜就为此存在），外太空名为宇宙射线的高能粒子流也会到来。来自太阳系外的天文物理产生的宇宙线是原宇宙线；这些原宇宙线会和星际物质作用产生衍生（二次）宇宙线。另外，太空中还有名为宇宙背景辐射的微波辐射，也称为微波背景辐射，特征是和绝对温标2.725K的黑体辐射相同，它的发现过程就是学者发现不管把天线指向哪个方向都会收到几乎同样强度的信号，也即是说，这种辐射真的是“充斥太空”的。

宇宙背景辐射图

 

那么，极端一些，偏远的角落、稀薄粒子的中间，存在彻底的“空”的太空吗？“测不准原理”、“量子涨落”等理论，都告诉我们，太空是“宁静”不下来的。就像科学家测量真空中电子轨道的轻微抖动实验一样，纯粹空间照样可以随机地产生少许能量，“起伏”、“湮灭”在太空中无时无刻不在上演。

不管宏观宇宙还是微观试验，我们可以说，太空不空。也许有一天我们又会刷新认识，但不要害怕，正如黑格尔、恩格斯所谓的科学的“否定之否定”，我们就是在不断发现事实、纠正自己理论的过程中进步的。

作者：王铮

来源：中国科学院国家空间科学中心

好

知识讲完了

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