闲聊宇宙（69）——地球风和北极光

文/侯工

网友：

我以为宇宙中根本没有什么光粒子，所谓光子流其实就是很多不同频率振动的电磁波的集族传播。像红外线这样频率低的电磁波之所以对人体没有伤害是因为这种电磁波与人体细胞中分子团的极键电子发生共振时不至于使其振动的波峰太高而让原子团失去电子，从而就不至于使生物分子发生物理和化学变化。而像X射线这样频率高的电磁波之所以对人体有伤害是因为这种电磁波与人体细胞中分子团极键电子发生共振（据说只要是相对电磁波振动频率的整数倍就可以发生共振）时能够使电子振动的波峰达到很高，使原子团失去电子（电离），从而使生物分子发生物理或化学变化。

侯工：

您说对了，宇宙中根本没有什么光粒子。所谓光子流就是各种不同频率的电磁波。

红外线（人类肉眼看不见的较低频的电磁波）来自分子层级的振动，因此与皮肤的细胞分子产生共振，其中的神经细胞就产生热的感觉，达到某一痛阈时生物就会逃避，从而避免受到伤害。

一般可见光（如日光灯发出的光）来自原子外层电子的跃迁，其频率较低能量较小，其对象不是分子，不会引起皮肤细胞分子的振动，只能引起细胞内原子的电子振动，这种振动能量较弱，一般不会造成皮肤损伤。但可以使植物的叶子产生光合作用，生成碳水化合物。

但是，紫外线、X线、伽玛线来自原子内层电子的跃迁，其频率高能量大，会引起细胞内电子的强烈共振，使电子逸出原子而成为自由电子，这些失去电子的细胞有的就会死去成为自由基，而有的就会发生变异成为癌细胞。

网友：

地球高空电离层之所以能够阻挡高频率电磁波（宇宙射线）是因为高空的N2、O2这样是物质被宇宙射线电离后产生自由电子形成不断位移的电流，而这种自由电子有不断与N、O离子结合，这样反复电离有结合从而消耗掉了高能电磁波的能量，达到阻挡宇宙射线的目的。

侯工：

我认为，宇宙射线绝大部分来自太阳，其中最多的是中微子，可以自由地穿透人体，由于不带电荷，所以对人体不会造成伤害。

其它的：

如氦核衰变形成的α射线带正电荷，碰到空气分子使其飞出电子生成正离子，它的体积大速度小在空气中最远只能走7厘米。

由自由电子形成的β射线带负电荷，速度接近光速，穿透力很强。它在空气中能走几百厘米的路程。当它们碰到空气分子时产生折射损耗能量，（A）一部分被撞碎成为中微子，（B）一部分被正离子捕获而恢复成为空气分子，所以，要挡住它们就要有足够厚的富含正离子的电离层。这些正离子主要来自物质的衰变。（C）一部分沾在空气分子上成为负离子。（C）受地球磁场影响，宇宙射线会发生偏转（但是极光主要是由地球本身从两极发出的射线形成的）。

紫外线、X线和伽玛线都是电磁波，它们在穿越大气层时会消耗能量而减弱。由于不带电荷，所以与电离层无关。其中紫外线最多，对人类的伤害也就较大。

网友A：

一定会有能量从宇宙边缘向外发射出去，如果这些能量不回来，岂不是宇宙能量总和越来越小？所以只有一个解释：任何能量都不能逃逸出这个宇宙。

网友B：

证明宇宙中心的确有个黑洞。

侯工：

宇宙没有外面，根本不用担心会有能量从宇宙边缘向外发射出去。

宇宙是个球面，也没有里面。它的中心只是一个数学意义上的点，所以黑洞是不存在的。

网友：

宇宙射线（太阳风）受地球磁场影响而发生偏转，集中到两极，使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生了极光。

侯工：

在极光产生的因素中，大家忽略了一个重要的因素——地球在两极释放大量的宇宙射线（地球风），这些射线主要是自由电子流。这些电子流在高空与太阳释放的电子流（太阳风）汇合后共同作用撞击空气分子或原子而激发出极光。因为太阳释放的电子流也分布到地球其它地方，为什么其它地方就没有极光？说明太阳风对极光的贡献是有限的，而地球两极释出的地球风才是主要的。

这个地球风不是由空气流动产生的风，而是由地球释放的宇宙射线形成的风。

网友：

地球风是如何产生的？

侯工：

由于地球受到宇宙球面的牵引而产生旋转，在赤道的线速度最大，其物体的宏观速度大，微观速度小； 相反，在两极线速度最小，其物体的宏观速度小，微观速度大，这样，物质粒子就容易逃逸出来成为自由粒子，以这种方式来保持速度平衡。而电子的速度是最快的，所以释出的电子也就最多。两极在释出电子的过程中会发出声音，这就是极光声的来源。如果从力学角度来分析，地球周围的应力带的大小都是一样的，这些力使赤道的自然速度快，这些力就转变成为动能，而在两极，这些力就成为拉力，这些拉力就将物质粒子拉出来，从而使两极的力转化成为物质粒子的动能，这些动能与赤道的动能是相等的，于是两极的力就和赤道的力平衡了。地球以这种方式保持整个应力带的均衡，也就是保持地球所有物质粒子的速度均衡。

地壳是通过释放物质粒子来均衡速度的，而在地球内部，是通过岩浆的涡流来均衡速度的。所以，地球内部不存在固体状态的物质。这些涡流是产生板块漂移、地震和火山的根源。