新西蘭皇后鎮(zhèn)夜空中的極光（圖片來源：uux.cn蓋蒂圖片社Skyimages）
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國生活科學(xué)網(wǎng)站（蒂莫西·施密特）：上周，一次巨大的極光太陽耀斑將一股來自太陽的高能粒子從太空中噴涌而出。周末，極光天津河?xùn)|可以提供上門服務(wù)的APP軟件vx《192+1819+1410》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)海浪到達(dá)地球，極光世界各地的極光人們都欣賞到了兩個(gè)半球異常生動(dòng)的極光。
雖然極光通常只在兩極附近可見，極光但本周末，極光它被發(fā)現(xiàn)時(shí)南至北半球的極光夏威夷，北至南部的極光麥凱。
這種壯觀的極光極光活動(dòng)高峰似乎已經(jīng)結(jié)束，但如果你錯(cuò)過了，極光不要擔(dān)心。極光太陽正接近其11年太陽黑子周期的極光峰值，強(qiáng)烈的極光天津河?xùn)|可以提供上門服務(wù)的APP軟件vx《192+1819+1410》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)極光可能會(huì)在未來一年左右再次出現(xiàn)。
如果你看到了極光，極光或者任何一張照片，你可能會(huì)想知道到底發(fā)生了什么。是什么讓極光發(fā)光，以及不同的顏色？答案是關(guān)于原子，它們是如何被激發(fā)的，以及它們是如何放松的。
當(dāng)電子與大氣相遇時(shí)
極光是由帶電的亞原子粒子（主要是電子）撞擊地球大氣層引起的。這些物質(zhì)一直都是從太陽發(fā)出的，但在太陽活動(dòng)更大的時(shí)候會(huì)有更多。
地球磁場(chǎng)保護(hù)我們大氣層的大部分免受帶電粒子的涌入。但在兩極附近，它們可以潛入并造成嚴(yán)重破壞。
地球大氣層中約有20%的氧氣和80%的氮?dú)猓€有一些微量的其他物質(zhì)，如水、二氧化碳（0.04%）和氬氣。

2024年5月的極光也出現(xiàn)在意大利北部的艾米利亞-羅馬涅地區(qū)。CC BY-NC-SA（圖片來源：uux.cn/Luca Argalia/Flickr）
當(dāng)高速電子撞擊高層大氣中的氧分子時(shí)，它們會(huì)分裂氧分子（O₂) 轉(zhuǎn)化為單個(gè)原子。來自太陽的紫外線也能做到這一點(diǎn)，產(chǎn)生的氧原子可以與O反應(yīng)₂ 產(chǎn)生臭氧的分子（O₃), 保護(hù)我們免受有害紫外線輻射的分子。
但是，在極光的情況下，產(chǎn)生的氧原子處于激發(fā)態(tài)。這意味著原子的電子以不穩(wěn)定的方式排列，可以通過以光的形式釋放能量來“弛豫”。
什么使綠光亮起？
正如你在煙花中看到的那樣，不同元素的原子在通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同顏色的光。
銅原子發(fā)出藍(lán)光，鋇原子發(fā)出綠光，鈉原子發(fā)出黃橙色，這在老式路燈中也可以看到。這些發(fā)射是量子力學(xué)規(guī)則“允許”的，這意味著它們發(fā)生得非常快。
當(dāng)鈉原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，它只在那里停留約170億分之一秒，然后發(fā)射出一個(gè)黃色-橙色的光子。
但是，在極光中，許多氧原子是在激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的，沒有“允許”的發(fā)光方式來放松。然而，大自然找到了一條路。

2024年5月11日，從塔斯馬尼亞州的奧特蘭可以看到澳大利亞極光。（圖片來源：uux.cn/AAP Image/Ithan James）
主導(dǎo)極光的綠光是由氧原子發(fā)出的，氧原子從一種稱為“S”的狀態(tài)松弛到一種稱“D”的狀態(tài)。這是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，平均需要將近一整秒鐘的時(shí)間。
事實(shí)上，這種轉(zhuǎn)變非常緩慢，通常不會(huì)在我們?cè)诘孛婵吹降哪欠N氣壓下發(fā)生，因?yàn)楸患ぐl(fā)的原子在有機(jī)會(huì)發(fā)出可愛的綠色光子之前，會(huì)因?yàn)樽驳搅硪粋€(gè)原子而失去能量。但在大氣的上游，空氣壓力較低，因此氧氣分子較少，它們?cè)谙嗷ヅ鲎仓坝懈嗟臅r(shí)間，因此有機(jī)會(huì)釋放光子。
因此，科學(xué)家們花了很長時(shí)間才發(fā)現(xiàn)極光的綠光來自氧原子。鈉的黃橙色發(fā)光在19世紀(jì)60年代就已經(jīng)為人所知，但直到20世紀(jì)20年代，加拿大科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)極光的綠色是由氧氣引起的。
紅光是什么造成的？
綠光來自所謂的“被禁止”躍遷，當(dāng)氧原子中的電子從一種軌道模式跳到另一種軌道時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種躍遷。（禁止的轉(zhuǎn)換比允許的轉(zhuǎn)換可能性小得多，這意味著它們需要更長的時(shí)間才能發(fā)生。）
然而，即使在發(fā)出綠色光子后，氧原子也會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處于另一種不允許弛豫的激發(fā)態(tài)。唯一的逃生途徑是通過另一種被禁止的過渡，即從？D狀態(tài)到？P狀態(tài)，后者會(huì)發(fā)出紅光。
可以說，這種轉(zhuǎn)變更是被禁止的，而且在它最終打破規(guī)則并發(fā)出紅燈之前，D狀態(tài)必須存活大約兩分鐘。由于需要很長時(shí)間，紅光只出現(xiàn)在高海拔地區(qū)，在那里與其他原子和分子的碰撞很少。
此外，由于那里有如此少量的氧氣，紅光往往只出現(xiàn)在強(qiáng)烈的極光中——就像我們剛剛經(jīng)歷的那樣。
這就是為什么紅光出現(xiàn)在綠光之上的原因。雖然它們都起源于氧原子被禁止的弛豫，但紅光的發(fā)射速度要慢得多，在較低的海拔高度與其他原子碰撞時(shí)被熄滅的幾率更高。
其他顏色，以及為什么相機(jī)能更好地看到它們
綠色是極光中最常見的顏色，紅色是第二常見的顏色。特別是電離的氮分子（N₂⁺, 缺少一個(gè)電子并且具有正電荷）可以發(fā)射藍(lán)光和紅光。這可以在低空產(chǎn)生品紅色色調(diào)。
如果極光足夠明亮，所有這些顏色都是肉眼可見的。然而，它們?cè)谙鄼C(jī)鏡頭中顯示的強(qiáng)度更大。
這有兩個(gè)原因。首先，相機(jī)具有長曝光的優(yōu)點(diǎn)，這意味著它們可以比我們的眼睛花更多的時(shí)間收集光線來產(chǎn)生圖像。因此，他們可以在較暗的條件下拍攝圖片。
第二個(gè)原因是，我們眼睛中的顏色傳感器在黑暗中工作不太好，所以我們?cè)谌豕鈼l件下往往會(huì)看到黑色和白色。相機(jī)沒有這個(gè)限制。
不過不用擔(dān)心。當(dāng)極光足夠明亮?xí)r，肉眼就能清楚地看到極光的顏色。
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