Собственное свечение атмосферы Земли
© Yuri Beletsky
Помимо яркого и динамичного полярного сияния, в верхней атмосфере Земли происходят интересные процессы, благодаря которым наше небо приобретает слабовыраженное свечение, регистрируемое при помощи высокочувствительных фотокамер.
В ночное время при определённых условиях можно заметить очень слабое фоновое свечение неба в зелёных, оранжевых или красных тонах (в англ. варианте – Airglow). Но интенсивность подобного фона очень низкая - слабее звёздного света и уж тем более лунного. Однако, этот оптический феномен приводит к тому, что ночное небо никогда не является полностью тёмным, даже если исключить свет звёзд и рассеянный свет Солнца с дневной стороны. Свечение неба примерно в 1000 раз более интенсивное днём, однако его изучение в это время затруднено из-за того, что оно теряется в ярком свете Солнца.
Первые наблюдения данного явления были проведены в 1868 году шведским учёным Андерсом Ангстремом. С тех пор производилось его наблюдение и лабораторное исследование. Были открыты различные химические реакции на высотах более 80 км, в ходе которых возможно образование электромагнитного излучения, и выделены те процессы, которые могут происходить в атмосфере Земли. Астрономическими наблюдениями было подтверждено существование именно такого излучения. Свечение неба вызывается различными процессами в верхних слоях атмосферы, основными из которых являются:
- Рекомбинация ионов, образовавшихся в процессе фотоионизации под воздействием излучения Солнца в дневное время;
- Люминесценция (нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения), вызываемая прохождением космических лучей через верхние слои атмосферы;
- Хемилюминесценция (люминесценция вещества, вызванная химическим воздействием или при протекании химической реакции), связанная в основном с реакциями, идущими между кислородом, азотом и гидроксильным радикалом на высоте нескольких сотен километров.
Читайте также
В ночное время суток свечение атмосферы может быть достаточно ярким, чтобы быть замеченным наблюдателем, и обычно имеет голубоватый цвет. Хотя свечение атмосферы является практически равномерным, для наземного наблюдателя оно кажется наиболее ярким на расстоянии около 10 градусов от горизонта. Иногда оно приобретает волнообразную и неоднородную структуру по причине распространения в атмосфере внутренних гравитационных волн.
Наиболее яркий натриевый слой свечения толщиной от 10 до 20 км расположен на высоте около 100 км. Ионизированные атомы натрия, находящиеся здесь в ничтожном количестве, издают жёлтое свечение, см. схему.
Также одним из механизмов свечения атмосферы является соединение атома азота с атомом кислорода с формированием молекулы окиси азота (NO). В ходе данной реакции излучается фотон. Другими веществами, способными внести вклад в свечение неба, являются гидроксильный радикал (OH), молекулярный кислород, натрий и литий.
Ночное свечение не является постоянным по яркости. Вероятно, его интенсивность зависит от геомагнитной активности на планете. В условиях городской засветки собственное свечение увидеть практически невозможно, даже на длительной выдержке фотоаппарата. Лучше всего проводить наблюдения вдали от населённых пунктов (в горах, пустынях, морях).
Ну и для большей наглядности и понимая данного процесса, прилагаем короткий видеоролик от NASA Goddard.
Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.
