今天,我们看到了#神舟十二号航天员拍摄的地球大片#,很多人注意到一个细节——地球外面竟然有一层发光的边界(图1)!
这就是大气层吗?夜空中的大气层,为什么会是“亮”的呢?发光的这层又是在哪个高度?发光原理是什么?
这些问题的答案都指向一个词——【气辉】——一种大气发光现象。
为什么会有这样的现象呢?让我们从抬头仰望星空的一个细节说起。
在远离灯光的野外甚至空气稀薄的高原,欣赏纯净的夜空时,把目光放在星和星之间的“空隙”,可以感觉到没有星的区域仍然不是直觉上该有的“纯黑”,即使在望远镜中放大观察,暗星和暗星之间的“空隙”仍然有些许明亮,好像我们看到的夜空中有一个微弱发光的背景,而这个发光背景的主要成分,就是地球高层大气的微弱发光,叫做气辉(图2)。
在可见光波段,气辉最明亮的来源是高层大气的氧原子发出 557.7 nm 的绿色光,稍弱的是钠原子发出的 589.0 nm / 589.6 nm 的黄绿色光。这个颜色很容易让人联想到极光,而且都是大气中这些原子的电离发光,也都发出相同颜色的光,但实际上气辉和极光的共同点也只有前面那半句话了。
从空间分布上看,极光只在高纬度靠近地球磁极的一圈存在,鲜有出现在低纬度,而且结构清晰快速变化,反观气辉,就像一圈完整的发光球包裹在地球外,几乎均匀分布少有结构特征。这些差异通通指向了它们发光原理的差异。极光来源于太阳风中的高能粒子轰击,原子们通通变成激发态,随后回到基态而发光。气辉则源于高层大气中的紫外激发,有直接来源于太阳光的紫外线,也有高层大气其它原子离子激发后的次级紫外线,这类激发在稀薄的高层中可以存在数分钟到数小时,因此在地球夜晚的这半边,才有了能持续整夜发光的气辉层。因此极光是荧光,太阳风激发然后瞬时发光,就像生活中的日光灯管;而气辉则是磷光,紫外线激发后缓慢的微弱发光,与生活中的夜光表原理相似。
了解了气辉的原理就可以发现,气辉只能出现在稀薄的高层大气。因为如果靠近地表,假设有氧原子被激发,它很快就会和旁边的原子或者分子碰撞把能量释放掉,只有空气密度足够稀薄时,原子们被激发后能安全的自由热运动,直到自己发光释放能量回到基态。从地表向上走,这个足够稀薄的位置就出现在 100 km 的高度上下。继续向上走,原子们同样也能如此发光,但是更稀薄,看到的光也更弱。因此最明显的发光就集中在 100 km 上下,刚好和传统上对太空定义的 100 km “卡门线”相当。
当然,氧原子还有其它能级跃迁的姿势,发出其它颜色的光,而且别忘了大气还有氮原子呢,汇总起来在距地表200-300km还有一层较弱较弥散的红色气辉层,需要更多的曝光积累才易察觉,或者需要强烈的太阳活动打配合。
总结一下,气辉不仅是地球上观察夜空时最主要的背景发光,而且作为一层薄薄的微弱发光球包裹在距地表 100 km 高度的地方。如果我们看向这个发光球的切向,也就是气辉层的边界,那么自然就看到了这条发光的条带。
这也就是#航天员视角领略地球震撼之美#背后蕴含的奥秘!
这就是大气层吗?夜空中的大气层,为什么会是“亮”的呢?发光的这层又是在哪个高度?发光原理是什么?
这些问题的答案都指向一个词——【气辉】——一种大气发光现象。
为什么会有这样的现象呢?让我们从抬头仰望星空的一个细节说起。
在远离灯光的野外甚至空气稀薄的高原,欣赏纯净的夜空时,把目光放在星和星之间的“空隙”,可以感觉到没有星的区域仍然不是直觉上该有的“纯黑”,即使在望远镜中放大观察,暗星和暗星之间的“空隙”仍然有些许明亮,好像我们看到的夜空中有一个微弱发光的背景,而这个发光背景的主要成分,就是地球高层大气的微弱发光,叫做气辉(图2)。
在可见光波段,气辉最明亮的来源是高层大气的氧原子发出 557.7 nm 的绿色光,稍弱的是钠原子发出的 589.0 nm / 589.6 nm 的黄绿色光。这个颜色很容易让人联想到极光,而且都是大气中这些原子的电离发光,也都发出相同颜色的光,但实际上气辉和极光的共同点也只有前面那半句话了。
从空间分布上看,极光只在高纬度靠近地球磁极的一圈存在,鲜有出现在低纬度,而且结构清晰快速变化,反观气辉,就像一圈完整的发光球包裹在地球外,几乎均匀分布少有结构特征。这些差异通通指向了它们发光原理的差异。极光来源于太阳风中的高能粒子轰击,原子们通通变成激发态,随后回到基态而发光。气辉则源于高层大气中的紫外激发,有直接来源于太阳光的紫外线,也有高层大气其它原子离子激发后的次级紫外线,这类激发在稀薄的高层中可以存在数分钟到数小时,因此在地球夜晚的这半边,才有了能持续整夜发光的气辉层。因此极光是荧光,太阳风激发然后瞬时发光,就像生活中的日光灯管;而气辉则是磷光,紫外线激发后缓慢的微弱发光,与生活中的夜光表原理相似。
了解了气辉的原理就可以发现,气辉只能出现在稀薄的高层大气。因为如果靠近地表,假设有氧原子被激发,它很快就会和旁边的原子或者分子碰撞把能量释放掉,只有空气密度足够稀薄时,原子们被激发后能安全的自由热运动,直到自己发光释放能量回到基态。从地表向上走,这个足够稀薄的位置就出现在 100 km 的高度上下。继续向上走,原子们同样也能如此发光,但是更稀薄,看到的光也更弱。因此最明显的发光就集中在 100 km 上下,刚好和传统上对太空定义的 100 km “卡门线”相当。
当然,氧原子还有其它能级跃迁的姿势,发出其它颜色的光,而且别忘了大气还有氮原子呢,汇总起来在距地表200-300km还有一层较弱较弥散的红色气辉层,需要更多的曝光积累才易察觉,或者需要强烈的太阳活动打配合。
总结一下,气辉不仅是地球上观察夜空时最主要的背景发光,而且作为一层薄薄的微弱发光球包裹在距地表 100 km 高度的地方。如果我们看向这个发光球的切向,也就是气辉层的边界,那么自然就看到了这条发光的条带。
这也就是#航天员视角领略地球震撼之美#背后蕴含的奥秘!
失恋男的作用:
俩人素未谋面,平时互不打扰,几乎没有交流,有一方失恋了,就开始彼此诉苦哈哈哈哈哈
失恋时认识的朋友,失恋时联系
以前这好兄弟帮我想通了太多,他也在我的劝导下从阴影中慢慢走出来
记得高三的暑假,聊着聊着就得有一个情绪崩了,又是喝酒又是抽烟又是哭的,天天大半夜不睡互相负能量疯狂交换
俩人素未谋面,平时互不打扰,几乎没有交流,有一方失恋了,就开始彼此诉苦哈哈哈哈哈
失恋时认识的朋友,失恋时联系
以前这好兄弟帮我想通了太多,他也在我的劝导下从阴影中慢慢走出来
记得高三的暑假,聊着聊着就得有一个情绪崩了,又是喝酒又是抽烟又是哭的,天天大半夜不睡互相负能量疯狂交换
#家有基建人#
提到鞍山这座城市,可能知道的人少之又少,可是你知道吗?在这样一个名气不大的小城市里,有一个企业,它的名字曾出现在历史课本中,它是新中国钢铁工业的摇篮,也被称为“共和国钢铁工业的长子”,它就是“鞍钢”……
上世纪五十年代,一位刚刚抗美援朝回来的年轻男子进入了鞍钢,从此一个家庭与一个企业开始了长达60多年的紧密联系。男子在鞍钢的运输部门从事普通的调度工作,在兢兢业业工作的另一面娶妻生子,过着稳定又富足的生活。时光流逝,男子的四个儿子慢慢长大,在父亲的影响下,一个接一个地进入这个企业,岗位分属炼钢、炼铁、炼焦等部门,为鞍钢这个企业注入了新鲜的血液和年轻的力量。
三儿子考入了父亲所在的运输部门,但是做着更有挑战性的工作,说起来工作与小洪和老洪还有点联系,因为他也要每天与铁路为伴,真正意义完成“运输”的工作,让各种原材料突破时空的限制,资源进行整合再生与优化配置,最终变成了船舶、汽车、铁路、房屋等……因为岗位的特殊性,他甚至还会开火车呢,他的女儿一直觉得这很酷很厉害!又过了十几年,经过部门调整岗位变动,他改入了化工厂,听说那是最辛苦最伤身体的一个部门,但是他对待工作一如既往的勤恳踏实,各种脏活累活从不推辞,常常被评为单位的“先进”。在2013年的某一天,他在高强度高空作业时发生了一点意外,工伤入院,那是一段很灰暗的日子,好在时间会治愈一切,一切也都会好起来的,现在生活美好如常,真好~感恩[心]
如今他的女儿虽然离开了那座城市那个企业,但是再一次误打误撞进入了一个与“水”相关的基础建设行业。她也会接过爷爷和爸爸的接力棒,在平凡的岗位上继续坚守奋斗,将“基建”精神传承下去~@电影峰爆官博 @中国铁建
提到鞍山这座城市,可能知道的人少之又少,可是你知道吗?在这样一个名气不大的小城市里,有一个企业,它的名字曾出现在历史课本中,它是新中国钢铁工业的摇篮,也被称为“共和国钢铁工业的长子”,它就是“鞍钢”……
上世纪五十年代,一位刚刚抗美援朝回来的年轻男子进入了鞍钢,从此一个家庭与一个企业开始了长达60多年的紧密联系。男子在鞍钢的运输部门从事普通的调度工作,在兢兢业业工作的另一面娶妻生子,过着稳定又富足的生活。时光流逝,男子的四个儿子慢慢长大,在父亲的影响下,一个接一个地进入这个企业,岗位分属炼钢、炼铁、炼焦等部门,为鞍钢这个企业注入了新鲜的血液和年轻的力量。
三儿子考入了父亲所在的运输部门,但是做着更有挑战性的工作,说起来工作与小洪和老洪还有点联系,因为他也要每天与铁路为伴,真正意义完成“运输”的工作,让各种原材料突破时空的限制,资源进行整合再生与优化配置,最终变成了船舶、汽车、铁路、房屋等……因为岗位的特殊性,他甚至还会开火车呢,他的女儿一直觉得这很酷很厉害!又过了十几年,经过部门调整岗位变动,他改入了化工厂,听说那是最辛苦最伤身体的一个部门,但是他对待工作一如既往的勤恳踏实,各种脏活累活从不推辞,常常被评为单位的“先进”。在2013年的某一天,他在高强度高空作业时发生了一点意外,工伤入院,那是一段很灰暗的日子,好在时间会治愈一切,一切也都会好起来的,现在生活美好如常,真好~感恩[心]
如今他的女儿虽然离开了那座城市那个企业,但是再一次误打误撞进入了一个与“水”相关的基础建设行业。她也会接过爷爷和爸爸的接力棒,在平凡的岗位上继续坚守奋斗,将“基建”精神传承下去~@电影峰爆官博 @中国铁建
✋热门推荐