2017年5月，国际空间站放出了35个微型卫星。别看它们只是些边长10厘米、仅重1300克的脆弱金属立方体，却能胜任最伟大的探测任务!
这些微小载具配备了测量仪器，目标是穿梭于地球大气层的一个特定区域进行探测活动，那是一个此前任何仪器都未能企及的场所——当然，兴许曾有一些“绝密”的军用设备前往游弋。一些科学家因此把这个区域戏称为“未知层”（ignorosphere）。
你所熟知的5层大气层
“未知层”这个有趣的生造词，简明扼要地道出了人们对大气层中连边界都未正式确定的一个满是谜团的分层的无知：有人认为它位于海拔40千米到300千米之间，还有一些人则大刀阔斧地将这一范围精简至海拔40千米到100千米，几乎等同于“中间层”。
总而言之，这“未知-中间层”是我们星球上最神秘的区域之一，是人类从各个角度研究了数十年、甚至数个世纪的大气层中最后一片“未知之地”，对全球的气候学家及气象学家都是一个莫大的挑战！
“对这层大气，我们简直无计可施。”法国奥尔良大学环境空间物理化学实验室（LPC2E）的蒂埃里·杜多克德威（Thierry Dudok de Wit）报怨说，“对于我们的器械来说，它不是过高就是过低。”
说它太高是因为那里的空气极为稀薄，飞机无法飞行，即便是气象学家的探空气球，也越不过海拔40千米的门槛。说它太低则是由于那里的空气对卫星来说反而过于稠密，摩擦力的钳制会导致卫星在数周内以无法挽回的方式坠落到下层大气中，白白浪费价值数亿美元的宝贵材料。
这也是一次性投放大量廉价微型卫星的缘由，毕竟损失不会太过惨痛……而即便是今春投入使用的这批设备，飞行高度也只能降到海拔200千米至300千米的水平，离“禁区”中心还有很大距离。
科学家能掌握多少信息可想而知。火箭当然能穿越未知层，只不过有如白驹过隙。而从陆地上发出的激光仅能探测出某一处的局部温度，及该处的水蒸气或臭氧含量。
在这张照片中，航天飞机奋力跨越平流层和中间层。在这张照片中，包含云层的对流层呈现出橙色。
“最近几年，来自卫星的远程观测数据帮助我们大致理解了这个中间层的总体结构，但要理解它的动力学，未知的基本信息还是太多。”美国国家航空航天局（NASA）的大气中间层专家迭戈·让歇斯（Diego Janches）表示。“我们对这层大气只有极为基础的理化认知。”英国伦敦大学大气物理学实验室的阿纳苏亚·阿鲁利雅（Anasuya Aruliah）补充说，“这有点类似于你有一张非常模糊的人脸照，能依稀辨别出鼻子、嘴和眼睛，但这些不足以使你认出那是你的母亲……”
然而，有一点是确定的：未知层绝非一派宁静祥和的区域，不是想象中如寻常航班飞过云层时所看见的那番光景。例如一些短暂而强烈的光学现象——所谓的“中高层大气放电”——就发生在中间层，远高于对流层的雷暴闪电发生的位置。
中 高 层 大 气 放电 极 为 强 烈， 其中 最 典 型 的 为 图示的红色“精灵”（Sprites）， 伴 随着地上雷暴天气降临，仿佛撕裂了未知层。
“1989年首次探测到它们时，我们认为这种放电现象绝非主流，”LPC2E的物理学家让-路易·品松 （Jean-Louis Pinçon）说，“然而，我们现在认为它们伴随地面上10%的闪电出现！”
另一个特异现象能从地面上直接观测到：夜光云，它们出现在极地上空海拔约80千米高处，可能源自该层中存在的微陨石尘埃。
夜光云（图为北极上空）基于陨石尘埃产生。
“这是我们所知道的位置最高的云，并且毋庸置疑，它们还是反映大气层状态的灵敏‘绘图仪’。”蒂埃里·杜多克德威指出。
荷兰德伦特省上空的夜光云。
诚然，由于缺少现场数据，科学家只能止步于远程观测、理论推算以及大胆模拟。不过未知层似乎总会受到一些剧烈气象的大范围扰动。
“这层相对稀薄的大气连接了地球环境与外太空环境，”迭戈·让歇斯解释道，“它同时受这两种特性截然不同的环境影响。”下方大气层稠密的空气对它的冲击尤为显著：热带风暴会导致此处出现诸如剧烈湍流之类的现象。NASA的一个团队最近还确认了北半球的一次降温可与两周后南极上空夜光云的出现存在关联。
而高空中所发生的一切同样可能对地表产生一系列影响！
沿着整个中间层扩散的波动似乎在冬季环绕北极的极地涡旋的季节性衰减中扮演着固定的角色。更麻烦的是，部分科学家认为处于该海拔范围内的高能粒子在出现极光和太阳风暴时会产生破坏臭氧的氮氧化合物，可引发一系列局部的气候效应。
在此过程中，穿透中间层的放电会在同样的海拔高度产生新的化学物质，可能会给地表天气带来多种影响。还有更有意思的：“巨大的光束连接了云层顶端及其上近100千米的电离层，于低层大气和高层大气间形成了惊人的电耦合。”美国杜克大学的大气电学家史蒂芬·康莫（Steven Cummer）兴奋地说。
“这个中间层看来在整个大气的动力学中扮演着重要角色。”蒂埃里·杜多克德威概括道。事实上，科学家正在逐渐了解远非各自孤立存在的各层大气之间互动的程度；未知层或许是个中能量与物质纵向传递的基石。
“纵向耦合被越来越深刻地纳入到预测模型中。”美国密歇根大学的研究员亚伦·瑞德莱（Aaron Ridley）指出，“而我们能明显地看到，建模越是将更高层的大气整合进来，其计算结果就越精确……”
“我们对中间层无知不是个问题！”让-路易·品松乐观地表态，“2019年发射的法国卫星TARANIS可以帮助我们更好地通过中高层大气放电发出的光来知晓其特性。”
竞争的号角同时也动员了NASA的实验室以及开发出那35个微卫星的五十余所大学，竞相来了解这个神秘的区域……对未知层的未知即将终结。
