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大気光科学

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Anonim

大気光、空気分子と原子太陽紫外線およびX線放射の選択吸収によって引き起こされる地球の上層大気の微弱発光。大気光のほとんどは、地球の表面から約50〜300 km(31〜180マイル)の領域から発せられ、最も明るい領域は約97 km(60マイル)の高度に集中しています。オーロラとは異なり、エアグローは弧のような構造を示さず、常にすべての緯度で空全体から放出されます。夜間の現象は夜光と呼ばれます。日光と薄暮光は類似した用語です。

光化学ルミネセンス(化学ルミネセンスとも呼ばれます)は、上層大気に存在する原子や分子と入射する太陽放射の化学反応によって引き起こされます。太陽光は、これらの物質を励起状態に上げるのに必要なエネルギーを供給し、特定の波長で発光します。大気科学者は、ナトリウム(Na)、ヒドロキシルラジカル(OH)、分子状酸素(O 2)、および原子状酸素(O)からの放出を頻繁に観察します。ナトリウムの放出はナトリウム層(地球の表面から約50〜65 km [31〜40マイル])で発生しますが、OH、分子状酸素、原子状酸素からの放出は高度87 km(54マイル)、95それぞれkm(60マイル)、90〜100 km(56〜62マイル)。

これらの分子や原子から放出される放射線は、電磁スペクトルの可視部分で観測できます。ナトリウム放出の波長は約590 nmなので、黄橙色に見えます。ただし、OHと分子状酸素からの発光の波長は、それぞれ約650〜700 nm(赤)と380〜490 nm(紫から青)の範囲の広いバンドに及びます。対照的に、原子状酸素の放出は、電磁スペクトル内の508 nm(緑)、629 nm(オレンジ-赤)、および632 nm(赤)にある3つの異なる波長で発生します。

夜光は、スペクトルの可視領域では非常に微弱です。それが地面の水平面に与える照明は、高さ91メートル(300フィート)のキャンドルからの照明とほぼ同じです。赤外域ではおそらく1,000倍程度強力です。

地球の表面からの観測と宇宙船と衛星からのデータは、夜光の間に放出されるエネルギーの多くが再結合プロセスから来ることを示しています。このようなプロセスの1つでは、酸素原子が再結合して元々太陽光を吸収すると解離していた分子状酸素O 2を形成すると、放射エネルギーが放出されます。別のプロセスでは、自由電子とイオン(特にイオン化された原子状酸素)が再結合して発光します。

昼間および夕暮れ時に、ナトリウム、原子状酸素、窒素、および一酸化窒素による太陽光の共鳴散乱のプロセスが、大気光に寄与しているようです。さらに、深宇宙からの宇宙線と中性原子および上層大気の分子との間の相互作用は、高緯度における夜間および昼間の現象の両方に役割を果たす可能性があります。