词源

英文里热层一字“Thermosphere”是从希腊语θερμός（拉丁化=thermos，意思‘热’）一字引伸而来。

温度变化

热层气温主要依靠太阳活动来决定，这是因为氧原子强烈吸收波长小于0.175微米的太阳短波辐射而升温的缘故。热层的气温会因高度而迅速上升，有时甚至可以高达2,000℃。热成层的上方是从距离地面500至1000公里开始的散逸层，那里大气层会与外太空接壤。纵然少数的空气粒子甚至可以于白昼时间到达2,500℃（4500℉）高温，但却不会令人感到任何温暖，就连一台普通的温度计也只会量度到摄氏零度以下。这是因为分子之间的距离太疏之故。

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。

电离层

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，当中一部分进行电离。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。

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