極光為什么是綠色的?
酒笙清梔
極光其實(shí)不只是綠色的,其顏色取決于太陽(yáng)中的帶電粒子跟大氣層的哪種氣體先發(fā)生碰撞,大氣層的最上層氧氣含量比較高,帶電粒子跟氧氣碰撞,就出現(xiàn)了綠色的光。
高層大氣中的分子或原子在被來(lái)自太陽(yáng)的高能帶電粒子流激發(fā)后,會(huì)將這部分能量吸收,這些被激活的原子或并不會(huì)一直保持這樣吸收了能量的高能狀態(tài),而是會(huì)釋放出一定能量(也就意味著一定波長(zhǎng))的光子,然后回到穩(wěn)定的基態(tài)。
因此決定極光顏色的,就是到底哪些氣體分子/原子吸收了這些高能帶電粒子的能量。
我們知道,大氣層中含量最高的是氮?dú)夂脱鯕猓叩目偤驼嫉搅说厍虼髿鈱拥?9%,因此決定極光顏色的最有可能的“幕后黑手”無(wú)疑就是這兩種元素。
氧氣:釋放綠光或者棕紅色的光,具體發(fā)出什么顏色的光取決于它們吸收了多少能量,讓他們躍遷到了什么能級(jí)上。
氮?dú)猓横尫潘{(lán)光或者紅光,如果氮原子在離子化后重新獲得了一個(gè)電子的話它會(huì)釋放出藍(lán)光,否則直接回到基態(tài)的話,會(huì)放出紅光。
我們不難發(fā)現(xiàn),氮?dú)夂脱鯕忉尫懦鰜?lái)的光線已經(jīng)覆蓋了極光的所有顏色,至于黃色,其實(shí)是紅色光與綠色光的疊加。
在氧原子躍遷回基態(tài)的時(shí)候,如果它沒(méi)有與其他粒子碰撞的話,會(huì)有3/4秒時(shí)間發(fā)出綠色的光,然后有足足2分鐘發(fā)出紅色的光。在大氣層的最上層,氧氣含量相對(duì)較高,而且空氣粒子之間十分稀疏,因此會(huì)有足夠的時(shí)間來(lái)釋放暗紅色的極光,而如果海拔降低的話,這些被激活的氧原子還來(lái)不及釋放紅光就已經(jīng)與其他原子碰撞了。當(dāng)然如果海拔更低,空氣密度更大的話,這些被激活的氧原子根本來(lái)不及發(fā)光就湮滅了。
這也是為什么最高的極光總是以紅色為主;其下是以氧的綠色為主,輔以氮的紅色/藍(lán)色;而再往下,則只會(huì)有氮發(fā)出的紅色或者藍(lán)色極光。
當(dāng)然,根據(jù)各種形成條件的限制,極光的顏色也是有偏好的。最常見(jiàn)的極光是綠色的,其次是粉色(少量綠色+紅色)、純紅色和黃色(紅色+綠色),最罕見(jiàn)的是純藍(lán)色。但是對(duì)于生活在低緯度的居民來(lái)說(shuō),在太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)候,低海拔產(chǎn)生的紅色極光會(huì)更為常見(jiàn)一些。