地球外部空間的「可換多彩外殼」

國家空間天氣監測預警中心 NCSW

在國際空間站的宇航員拍攝的地球照片和視頻中，我們常常可以看到有一層薄薄的黃綠色條帶出現在地面之上，這是什麼情況？

地平線上方有一道綠色條帶

天文愛好者和星空攝影達人的作品中，伴隨銀河與繁星出現的彩雲一樣的東西又是什麼？

《喜馬拉雅星空之旅》 作者 戴建峰

準確的說，這並不是條帶，也不是彩雲，你可以把它看做地球高層大氣中的「可換多彩外殼」，或者乾脆叫它的名字——氣輝。

Tufa衝破爆發的氣輝 作者王卓驍NightChina.net

什麼是氣輝？

地球的外部空間，由內到外分別是中高層大氣、電離層和磁層，這裡看起來空無一物非常平靜，但是在來自地球外部的太陽風、宇宙粒子等的共同作用下，這裡無時無刻不在發生著複雜的變化，包括大氣成分、電離成分、帶電粒子、高能質子和電子等等，它們彼此相互作用，而這就是地球空間環境在不同時間、空間下發生變化的複雜體系。而今天要說的氣輝，就是這一系列變化中的一種。

來自太陽的紫外線不斷射入地球大氣（80-300千米），其中的短波輻射會激發氣體分子和氣體原子使它們處在一種不穩定的狀態，當夜晚降臨，這些被激發的氣體微粒，逐漸恢復之前的狀態，就像化學反應中的氧化和還原，在反應的過程中會以光的形式釋放能量，這種氣體輝光在強烈的太陽光背景下無法看到，但是在夜晚，氣輝現象就會非常明顯。

2014年8月25-陳海瀅-長城上的銀河與氣輝-NightChina.net

氣輝有哪些「配色款式」？

根據發生光化學反應的氣體種類的不同、氣體濃度和高度的不同，氣輝顏色也發生著變化。比較常見的綠色和黃綠色氣輝，是在85-90千米高區域內的氧氣和氮氣吸收了短波紫外的輻射，發生光化學反應時產生的輝光。由於在中高層大氣中，大氣層的氣體密度非常低（氣壓約為地面的千分之一），而85-90千米這個區域相對來說具有較高的氣體密度，這就相當於可供化學反應進行的原料增加了，反應起來所釋放的光能更多，人們看起來氣輝現象更加明顯。如果發生光化學反應的粒子是羥基離子（-OH）與氧氣，氣輝顏色就是紅色的。

還有不同顏色相配的，比如下面這張照片，

2016年11月24日凌晨，星空攝影愛好者肖帥在四川省阿壩州巴郎山拍攝到罕見的氣輝現象

這種呈現不同顏色，呈現立體變化的氣輝，是由於高空大氣結構的變化引起的，可能產生氣輝的氣體在某些區域高度突然發生了變化，具體產生機理還在研究中。

透過氣輝看出高層大氣的「心情」？

氣輝不光是星空攝影愛好者的麻豆，還是科學家的好幫手。

在全球的任何區域、任何時間，通過科學儀器都可以觀測到氣輝現象，而氣輝本身可是攜帶著大氣中間層、低熱層和電離層物理化學過程的重要信息，科學家通過獲得氣輝的遠紫外波段光譜來讀取這些信息，透過這個好幫手所展現的「一手信息」，使得高層大氣的能量傳輸過程清晰展現出來，另一方面，觀測氣輝也在一定程度上實現了對電離層的監測。

我國風雲三號氣象衛星上就專門搭載了氣輝監測設備，叫做電離層光度計，用以偵測135.6納米波長的氣輝輻射，由此可以獲得高層大氣中氧原子和電子的密度信息。

2016年4月14-阿五-北雙子天文台上空的五色氣輝-NightChina.net

傻傻分不清楚？

氣輝講完了，但是怎麼越看越像極光呢？其實分辨起來不難。極光現象非常「依賴」太陽活動，而且有較高的磁緯要求，像咱們國內幾乎拍攝不到極光現象，氣輝就不一樣了，幾乎天天都有，而且和太陽活動沒什麼關聯，只要具備天黑、天晴的條件就都可以拍攝到。

如果是分辨圖片中的極光和氣輝呢！極光靈動，在長曝光中經常是「糊」的，不過考慮到現在各種後期手法，想要準確判斷就真是靠經驗了，話說回來，一次活的極光都沒見過，光分辨照片有啥用！(＞д＜)

文 韓大洋

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