地球作为一颗孕育生命的星球，其存在的基本要素包括液态水、磁场以及适宜的温度区间，同时，一个含有适量氧气的完整大气层也是不可或缺的条件。这个大气层不仅为地球生命的起源和持续发展提供了氧气、二氧化碳和氮气等关键气体资源，更在物理层面上保护着地球免受来自外太空的陨石撞击威胁。
尽管大气层中的气体分子相对较轻，但整个大气系统仍然受到地球引力的约束。在距离地表较近的区域，气体密度显著增大，由此产生较高的大气压强；而随着海拔高度的增加，引力作用逐渐减弱，气体密度呈现递减趋势，大气压强也随之降低，直至在极高海拔区域接近真空状态。那么，地球大气层究竟延伸到怎样的高度呢？
人类对于大气层厚度的探索历史悠久，这一研究与其他自然地理及天文现象的研究共同构成了科学发展的重要篇章。早在约2500年前的古希腊时期，亚里士多德就对地球的圈层结构提出了理论构想，认为地球由四个实体圈层和一个虚体圈层构成，其中四个实体圈层从上至下依次为火圈、气圈、水圈和土圈，而虚体圈层则位于火圈之下，属于一种抽象的概念存在。不过，亚里士多德并未对各个圈层的具体厚度进行量化分析。
进入近代，随着物理学和观测技术的显著进步，人类对地球的认识实现了革命性突破。1644年，意大利物理学家托里彻利和维瓦尼通过实验验证了大气层具有质量的科学论断，这一发现促使科学家推测地球大气层必然存在一定的高度范围，并通过实验初步估算出约8公里的厚度数值。
然而，这一8公里的数值显然并非大气层的精确边界。随着气体物理学和航天技术的快速发展，科学家获得了更深入的探测能力。20世纪40年代，人类掌握火箭发射技术后，将大气层探测高度拓展至400公里以上。
随后，空间技术的进步，特别是对极光现象成因的科学认知——认识到极光是地球大气层与太阳活动相互作用的结果——使得人们将约1200公里高度，即极光产生的区域，视为大气层的上界。
20世纪中叶，美国科学家施皮策在既有研究基础上提出了地球外大气圈的概念，将500至1600公里高度区间定义为外大气圈，并认为1600公里高度可能是大气层的最终边界，在这个高度上，大气成分已逐渐与宇宙空间融为一体。
当前科学界普遍认为，地球大气层的高度界限应设定在2000至3000公里范围内。这一观点的依据是高空地球大气与星际空间中性气体密度的对比分析。按照星际空间中性气体密度每立方厘米存在一个分子的标准，在2000至3000公里高度的地外空间中，该数值恰好与之吻合。
随着地外探测技术的迅猛发展，科学家发现星际空间中性气体密度远低于每立方厘米一个分子的标准，因此地球大气层的边界问题呈现出比预想更为复杂的特性，从地球延伸至星际空间的过渡区域必然相当广阔，无法用单一界限清晰划分。
为此，科学家们尝试采用更具普适性的宇宙标准来界定地球大气层。施皮策在上世纪中叶提出的“外大气圈”概念，在现代地理学中被称为“散逸层”。在散逸层中，大气密度极为稀薄，残留的微量气体在太阳辐射和宇宙射线的作用下大多发生电离，使得该层结构中质子、氦原子核的含量显著超过中性氢原子数量。由于地球引力在此高度减弱，部分电离物质会被激发而脱离地球束缚，进入宇宙空间。
然而，关于散逸层的上边界究竟延伸至何处，至今仍无定论。部分科学家借鉴太阳“日冕”的概念，将其应用于地球大气层研究，提出了“地冕”的概念，用以描述环绕地球的极稀薄、处于电离状态的氢原子云层。
构成“地冕”的氢原子云主要由质量最轻、密度最小的氢原子组成，这些氢原子来源于地球大气层中的水蒸气、甲烷等含氢气体，在高层大气受太阳辐射影响发生电离后“释放”出来。其中一部分沿着原有运动轨迹逃离地球，一部分返回散逸层底部等待再次电离，还有一部分则暂时滞留在散逸层的地冕部分，参与与太阳风的电荷交换过程。
由于散逸层上部与宇宙空间的过渡区域极为漫长，“地冕”层因组成物质的周期性变化难以大幅延伸，因此有科学家建议将实验可获取厚度数据的“地冕”层作为地球大气层的边界。
高空氢元素会与太阳紫外线等高能辐射发生散射现象，产生辉光。其中莱曼阿尔法辐射（氢原子电子从主量子数n=2跃迁至n=1时发出的光）是散射光最强的谱线。科学家正是利用这一特性来测定“地冕”的边界。
这项观测任务由高效探测星体周围等离子体的SOHO探测器承担，该探测器于1995年发射并围绕太阳运行，主要研究太阳结构、日冕层和太阳风等，其设计包含过滤遥远天体莱曼阿尔法辐射的功能，因而能精确测量日冕状况。SOHO探测器的附属任务之一是对“地冕”进行观测——尽管传至探测器的莱曼阿尔法辐射信号已十分微弱，但探测器超灵敏的接收系统使我们能够准确测定“地冕”边界。
监测数据显示，“地冕”上边界可延伸至距离地面63万公里处，这一数值几乎是地球直径的50倍，也远超地月距离。因此，根据对“地冕”的最新研究，地球大气层的可测上边界应为63万公里区域，从这个意义上说，月球实际上已被包含在地球大气层之中，而我们人类，迄今为止严格而言尚未真正离开过地球。