热层

层级分布

中间层顶（约85千米）至250km（在太阳宁静期）或500km左右（太阳活动期）之间的大气层。热层又称暖层。从热层底部向上，大气温度迅速增加，达到温度梯度消失时的高度，即为热层顶。

热层

气候特征温度

热层顶高度随太阳活动变化很大，通常在300～500千米之间。热层几乎吸收了波长短于1750埃的全部太阳紫外辐射，成为主要热源，热层温度结构主要受太阳活动的支配。

这一层温度随高度增加而迅速增加，层内温度很高，层顶温度可达1500K，昼夜变化很大，热层下部尚有少量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。

大气密度

热层存在于离地表85公里以上的高空。在这样的高度，剩余的大气气体会根据分子量而分层。热层的空气极为稀薄，本层质量仅占大气总质量的0.5%。在120公里高度以上的空间，空气密度已小到声波难以传播的程度，在270公里高度上，空气密度约为地面空气的百亿分之一，在300公里的高度上，空气密度只及地面密度的千亿分之一，再向上空气就更稀薄了。

电离

热层的大气分子吸收了因太阳的短波辐射及磁场后其电子能量增加，当中一部份进行电离，这些电离过的离子与电子形成了电离层，在热成层的电离层，存在着E层（离地面100-120公里）、F1层（离地面170-230公里）、F2层（离地面200-500公里）（夜间融合为F层，约离地面300-500公里)三层。而因季节变化更会出现突发性E层（Es层，约离地面100公里），电离层可以反射无线电波，因此它又被人类利用进行远距离无线电通信。

极光现象

热层在高纬度地区因磁场而被加速的电子会顺势流入，与热层中的大气分子冲突继而受到激发及电离。当那些分子复回原来状态的时候，就会产生发光现象。此称为极光。

特点

热层中，气温随高度的增加而迅速增高。这是由于波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都被该层中的大气物质（主要是原子氧）所吸收的缘故。其增温程度与太阳活动有关，当太阳活动加强时，温度随高度增加很快升高，这时500km处的气温可增至2000K；当太阳活动减弱时，温度随高度的增加增温较慢，500km处的温度也只有500K。

应用

产生电流和磁场

热层没有明显的顶部。通常认为在垂直方向上，气温从向上增温至转为等温时，为其上限。在热层中空气处于高度电离状态，其电离的程度是不均匀的。其中最强的有两区，即E层（约位于90—130km）和F层（约位于160—350km）。F层在白天还分为F1和F2两区。据研究高层大气（在60km以上）由于受到强太阳辐射，迫使气体原子电离，产生带电离子和自由电子，使高层大气中能够产生电流和磁场，并可反射无线电波，从这一特征来说，这种高层大气又可称为电离层，正是由于高层大气电离层的存在，人们才可以收听到很远地方的无线电台的广播。

极光

在高纬度地区的晴夜，在热层中可以出现彩色的极光。这可能是由于太阳发出的高速带电粒子使高层稀薄的空气分子或原子激发后发出的光。这些高速带电粒子在地球磁场的作用下，向南北两极移动，所以极光常出现在高纬度地区上空。

环境影响

2012年11月一期英国《自然—地球科学》杂志刊登报告说，在大气层分层中处于上部的热层，其二氧化碳含量近来出现上升趋势。这是科学家首次直接观测到这个层次大气中二氧化碳含量上升，说明人类大量排放二氧化碳的影响已经触及大气外围。

英国约克大学研究人员和国际同行报告说，他们这次借助卫星观测数据分析出热层中二氧化碳的含量变化。太阳光在热层大气中被吸收，不同气体分子会吸收不同波长的光线，进而可分析出其中二氧化碳分子的含量。结果显示，在101千米的高度，二氧化碳含量在以每十年23.5ppm(1ppm为一百万分之一)的速率增长。这是首次直接观测到热层大气中的二氧化碳含量变化情况。近年来科学界在测量不同高度大气中二氧化碳含量的变化，但之前最高只测量到35千米的高度。

参与研究的彼得·伯纳斯教授说，二氧化碳在大气底层积累会导致“温室效应”和气温升高，但在热层这个高度二氧化碳含量上升，反而会导致气温下降。这是因为热层中气体稀薄，二氧化碳绝对含量低，还不足以引发温室效应；同时二氧化碳分子会从周围吸取热量并将热量辐射到宇宙空间，使温度降低。

研究人员说，热层的二氧化碳浓度增加，可能对这一高度范围内的卫星造成影响。因为气温下降，气体密度变低，气体对卫星的阻力也会减小，长期作用下可能会导致卫星轨道变化。

据介绍，此前曾发现过一些卫星轨道的变化，并据此推测热层的气体密度在降低，但原因不是很清楚。本次研究表明其原因可能就是人类大量排放的二氧化碳逐渐向上扩散到了热层大气之中。

报道

地球热层发生大规模收缩

在刊登于6月19日《地球物理学研究快报》上的一篇研究论文中，研究人员公布了他们的发现。论文主执笔人、美国海军研究实验室的约翰·埃默特表示：“这是在至少43年内热层出现的规模最大的一次收缩，可谓太空时代的一项纪录。”

此次热层塌陷在太阳并不活跃的时期出现，也就是2008年至2009年的太阳极小期。在太阳极小期，热层温度降低并收缩，但最近的收缩却是低太阳活跃性所能解释的两到三倍。埃默特说：“一定发生了一些我们并不了解的事情。”

热层高悬于地面之上，靠近地球与太空边缘的交汇处，距地面高度在55英里(约合90公里)至370英里(约合600公里)之间。卫星和流星在这一高度飞过，极光则在这一高度闪耀。热层与太阳联系紧密，受太阳活跃性高低周期影响程度较大。这个气层能够在远紫外线抵达地球前对其进行拦截。在活跃性较高时，太阳的远紫外线加热热层，使其膨胀，就像是一个置于营火上方的棉花糖。活跃性较低时，便会发生相反的事情。太阳最近的活跃性极低。2008年和2009年，太阳黑子数量极少，太阳耀斑几乎不存在，太阳远紫外线则走向衰败。然而，2008年至2009年的热层收缩程度不仅超过以往任何时候，同时也无法单用太阳活跃性加以解释。

为了计算这种收缩，埃默特对1967年至2010年绕地球轨道运行的5000多颗卫星的衰减率进行了分析。分析提供了一个涵盖整个太空时代的热层密度、温度和压力的时空样本。埃默特表示，热层中的二氧化碳似乎可以在解释大气收缩过程中扮演角色。这种气体充当了一个冷却剂，通过红外辐射释放热量。众所周知，地球大气中的二氧化碳水平一直持增长之势。更多的二氧化碳会放大太阳极小期的冷却作用。埃默特说：“但事情并不是这么简单。即使利用我们对充当冷却剂的二氧化碳如何产生影响的了解将这一因素考虑在内，我们也无法完全解释热层的大规模收缩。”研究人员希望对这个上层大气层的进一步监测能够帮助他们揭开谜团。