本文阅读简介：

  • 1、人类在火星大气层中探测到绿色气辉，究竟是什么东西？
  • 2、夜天光的来源有哪几个方面？
  • 3、宇航员拍到的地球外层发光边界是什么
  • 4、地球为什么戴了个光圈？
  • 5、地震和气辉之间到底有什么关系啊？

人类在火星大气层中探测到绿色气辉，究竟是什么东西？

根据ExoMars（ExoMars是一个由ESA和NASA进行的非载人火星探测任务）追踪气体轨道飞行器进行的大气观测，在火星的大气层中发现了绿色气辉。这是第一次在地球以外的星球上发现了这种绿光效应。

图注：欧空局（ESA）的ExoMars微量气体轨道飞行器在火星大气中探测到绿色气辉图。根据《自然天文学》上发表的最新研究称，火星与地球一样，在其白天的大气层中都排放出绿色的气辉。当太阳光线激发高层大气中的氧分子时，就会产生这种绿色气辉。

这种绿色的发光效果非常微弱，但在国际空间站内的宇航员，由于其独特的观测角度，这些宇航员们能观察到地球大气层上发生的该现象。当他们观察地球的轮廓时，在行星的边缘与太空相交汇的地方，他们观察到了绿色的气辉。

图注：2011年国际空间站（ISS）观测到的地球大气中的绿色气辉。绿色气辉不要与极光（通常被称为北极光和南极光）混淆。极光源于大气分子（即氧气和氮气）与快速移动的粒子（即电子）之间的碰撞，这些粒子起源于地球磁场。绿色气辉发射还涉及产生绿色色调的氧原子，但是当太阳光线直接激发这些原子和分子（火星缺少强磁场）时，就会发生白光，破灭的分子重组时会发射出夜天光。

是的，火星有氧气，尽管与地球大气含量相差很远。实际上，火星上的大气氧是二氧化碳分解后的副产物，这是太阳射线将二氧化碳两个氧原子分解的结果。根据比利时列日大学的让-克洛德·盖拉德（Jean-ClaudeGérard）领导的最新研究，正是这种过程产生了绿色光。

在40年前，预计绿色气辉就已经存在于火星上，但这是人类第一次在火星上探测到绿色气辉——ExoMars微量气体轨道器探测到了这一现象，该卫星自2016年以来一直在火星上空飞行。轨道器利用其NOMAD探测到了激发的氧气。NOMAD是轨道器上的紫外线光谱仪，它在紫外线和可见光下扫描火星的日间表面。

“先前的观测结果未在火星上捕获任何种类的绿色气辉，因此我们决定重新定位紫外可见光谱仪……指向火星的'边缘'，类似于您在地球图像中看到的透视图。”来自比利时皇家太空航空学院的安·卡琳·范德勒（AnnCarineVandaele）在ESA新闻稿中解释说。

研究人员在火星表面上方20到400公里之间进行了测量。在所有这些高度都发现了绿色的氧气排放，但在地面以上80公里处最强。强度根据火星和太阳之间的距离变化而变化。

有趣的是，这项技术现在可以用来测量火星大气的密度。这可能证明对即将进行的任务有用，在这些任务中，工程师需要解释轨道卫星和降落伞将探测器送至地面所经历的大气阻力。

在其他与火星相关的新闻中，美国宇航局的好奇号探测器拍摄到了火星夜空中的地球和金星。这两颗行星看起来都是明亮的光点，从第四颗行星上看，来自太阳的第三颗行星比来自太阳的第二颗行星更明亮。这张照片拍摄于2020年6月5日，当时美国宇航局的好奇号火星探测器正在测量暮色的亮度。

夜天光的来源有哪几个方面？

夜天光的主要来源有以下几方面：

一是气辉。在高层大气中有时在发生光化学反应的过程中产生辉光。

二是黄道光。因行星际尘埃对太阳光的散射而在黄道面上形成的银白色光锥，呈三角形，约与黄道面对称并朝太阳方向增强。但黄道光很微弱，除了春季黄昏后或秋季黎明前在观测条件较理想情况下才勉强可见，一般情况不易见到。黄道光是存在行星际物质的证明。

三是弥漫银河光。是指银道面附近的星际物质反射或散射的宇宙星光。

四是恒星光。是在河外星系和星系间介质间产生的光。

五是地球大气散射上述光源的光。每平方角秒夜天背景的亮度约相当于目视星等约21.6等，蓝星等约22.6等。

夜天光

宇航员拍到的地球外层发光边界是什么

不久前，中国载人航天工程办公室发布了神舟十二号航天员在轨拍摄的照片。很多人注意到一个细节——地球外面有一个发光的边界。

这是气氛吗？为什么夜空中的气氛“明亮”？发光层的高度是多少？发光原理是什么？

这些问题的答案都指向一个词——空气发光，一种大气发光现象。

为什么会出现这样的现象？让我们从仰望星空的细节开始。

当人们在远离城市灯光的野外享受纯净的夜空，甚至在空气稀薄的高原上，如果看星星之间的“缝隙”，你会觉得没有星星的区域仍然不直观。有些是纯黑色的，即使用望远镜观察，暗星和暗星之间的“缝隙”还是微亮的，就好像我们看到的夜空有一个淡淡的发光背景，这就是光环（地球高层大气的微弱发光）现象）。

在可见光波段，最亮的气辉是高层大气中氧原子发出的557.7纳米绿光，亮度稍弱的是钠原子发出的589.0纳米/589.6纳米黄绿光。这种颜色的大气发光很容易让人联想到极光。但实际上，两者在分布、形式和原理上都存在显着差异。

从空间分布上看，极光几乎只存在于靠近地球磁极的高纬度圈内，低纬度地区很少，而且形态清晰，变化迅速；另一方面，光环是一个完整的光环。球体包裹着整个地球，几乎均匀分布，几乎没有结构特征。这些差异都源于它们在发光原理上的差异。

极光的出现来自于太阳风中的高能粒子对大气分子和原子的轰击。微观粒子被激发，然后通过返回基态发光的过程释放出特定的能量，在化学上可归类为“荧光”。气辉的产生源于高层大气的紫外线激发。这些紫外线有的直接来源于太阳光，更多的是被太阳光激发后，上层大气中的其他原子或离子产生的二次激发。这种激发现象在稀薄的高层大气中可以存在几分钟到几个小时。因此，地球的夜半球有一种可以持续整夜发光的气辉，在化学上可以称为“磷光”。

灵气不仅整夜可见，而且分布在整个夜半球。跟随随着地球自转和高层大气流动，粒子移动到被太阳照射的地方产生一定比例的紫外线激发，然后移动到夜半球，一些仍处于激发态的粒子可能会回到基态在一定的时间发光。这种发光没有地理位置的偏好，只有昼夜的差异，所以整个大气中都能出现气辉。相比之下，极光的产生和消失是瞬时的。大气粒子受到来自太阳的高能粒子的轰击并立即发光。地球磁场对这些正常带电的高能粒子有强烈的抑制作用，使它们只能到达地球南北磁极附近的高纬度地区。因此，除了罕见的强烈太阳活动时期，极光只能在南北磁极附近看到。

了解了极光和光环的原理后，我们可以发现两者都只能出现在稀薄的高层大气中。因为如果靠近表面，如果一个氧原子被激发，它很快就会与相邻的原子或分子发生碰撞，释放能量；只有当空气密度足够薄时，原子才能被激发，从而能够安全地自由移动。自己发光并释放能量回到基态。从地表向上，这个足够薄的位置出现在大约100公里的高度。继续向上，原子也可以这样发光，但是因为空气密度比较薄，所以看到的光也比较弱。因此，最明显的发光集中在大约100公里的高度，这与传统上为空间定义的100公里“卡门线”完全相同。

此外，氧原子被其他能级激发，例如红光需要更长的时间才能返回基态，并且需要更高大气层的低密度环境，在150-150 的距离处形成一个更弱和更弱的环境。更漫射300公里的红色气辉层。与100公里的绿色气辉层相比，红色气辉层需要更多的曝光和积累才能被探测到，或者需要强烈的太阳活动才能“配合”。

最后，回到神舟十二号航天员在轨拍摄的照片，航天员从太空拍摄的地球，气辉在地表100公里的高度包裹着一层薄薄的微弱发光层。这个发光边界是地球上观察夜空时的主要背景光。

地球为什么戴了个光圈？

其实，这是一种被称为气辉的现象。它是发生在大气层高处的光化学反应，当多种原子、分子和离子受太阳紫外辐射激发后回归“正常”状态时，能量便被以可见光和红外线的形式发射出来。不妨设想一下能在黑夜里发光的玩具和涂料。

可见的气辉多数来自氧原子和分子，它们发出的是绿光，就像通常在极光中看到的一样。其它会发光的元素包括钠和氮。尽管在大气层各层中都有这些元素，不过明显可见的发光层主要分布在85-90千米的高度，通常是一个6-10千米厚的光圈。这是因为，处于这个高度之下的原子和分子更密集，碰撞更多，会快速地释放出它们的能量。而处于这个高度之上的粒子密度太低。

此外，还有很多其它因素比如气温也会在气辉现象中起作用。不同时间段的气辉，比如夜晚的气辉就和白天的也不一样。由于气辉的存在，即使刨除了星光和散射太阳光的影响之后，地球的夜晚也不会是全黑的。

地震和气辉之间到底有什么关系啊？

气辉是地球大气电离层的发光现象，国外已有相关的资料记录在地震、海啸发生时监测到大气中发生了气辉现象。目前已有美国、日本、俄罗斯等多个国家开始监测气辉，为地震预测寻找一种新的有效方法。我们国家也在建立电离层监测网，但是对气辉的监测还没有。主要是缺乏高端的监测仪器。

我也对气辉和地震之前的关系很感兴趣，推荐你看一个文章。

另外，我还有一篇国外的关于气辉与地震关系的文章，有兴趣的话可以留个邮箱发给你。