極光爲什麼是綠色的?
極光其實不只是綠色的,其顏色取決於太陽中的帶電粒子跟大氣層的哪種氣體先發生碰撞,大氣層的最上層氧氣含量比較高,帶電粒子跟氧氣碰撞,就出現了綠色的光。
高層大氣中的分子或原子在被來自太陽的高能帶電粒子流激發後,會將這部分能量吸收,這些被激活的原子或並不會一直保持這樣吸收了能量的高能狀態,而是會釋放出一定能量(也就意味着一定波長)的光子,然後回到穩定的基態。
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氣和氧氣,二者的總和佔到了地球大氣層的99%,因此決定極光顏色的最有可能的“幕後黑手”無疑就是這兩種元素。
氧氣:釋放綠光或者棕紅色的光,具體發出什麼顏色的光取決於它們吸收了多少能量,讓他們躍遷到了什麼能級上。
氮氣:釋放藍光或者紅光,如果氮原子在離子化後重新獲得了一個電子的話它會釋放出藍光,否則直接回到基態的話,會放出紅光。
我們不難發現,氮氣和氧氣釋放出來的光線已經覆蓋了極光的所有顏色,至於黃色,其實是紅色光與綠色光的疊加。
在氧原子躍遷回基態的時候,如果它沒有與其他粒子碰撞的話,會有3/4秒時間發出綠色的光,然後有足足2分鐘發出紅色的光。在大氣層的最上層,氧氣含量相對較高,而且空氣粒子之間十分稀疏,因此會有足夠的時間來釋放暗紅色的極光,而如果海拔降低的話,這些被激活的氧原子還來不及釋放紅光就已經與其他原子碰撞了。當然如果海拔更低,空氣密度更大的話,這些被激活的氧原子根本來不及發光就湮滅了。
這也是爲什麼最高的極光總是以紅色爲主;其下是以氧的綠色爲主,輔以氮的紅色/藍色;而再往下,則只會有氮發出的紅色或者藍色極光。
當然,根據各種形成條件的限制,極光的顏色也是有偏好的。最常見的極光是綠色的,其次是粉色(少量綠色+紅色)、純紅色和黃色(紅色+綠色),最罕見的是純藍色。但是對於生活在低緯度的居民來說,在太陽活動強烈的時候,低海拔產生的紅色極光會更爲常見一些。
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