Цвета Авроры - физиков.нет
       19

Цвета Авроры

Купить гитару в Москве
2 голосов
/

Я видел несколько веб-страниц, которые пытаются объяснить цвета сияния, но они, кажется, затушевывают или пропускают определенные детали, поэтому я все еще в замешательстве. Например, эта страница объясняет это с точки зрения того, какие элементы высокоэнергетических частиц от Солнца попадают на какие высоты, но не объясняет, что определяет, на какой высоте частица с большей вероятностью попадет на какой элемент. Например, в нем говорится, что общий зеленый цвет обусловлен ионизирующим кислородом, а фиолетовый - азотом, но в атмосфере гораздо больше азота, чем кислорода, так почему же фиолетовый не преобладает? Меняется ли относительная концентрация различных газов с высотой?

Я только что вернулся из Гренландии, где мы увидели эффектное северное сияние, в основном зеленое, немного фиолетового.

Ответы [ 2 ]

3 голосов
/

Ключом к пониманию является запрещенная эмиссия линии . Определенные переходы между квантовыми состояниями «запрещены» по наиболее эффективному электрическому дипольному механизму. «Правила отбора», которые определяют, какие переходы запрещены, а какие разрешены, являются следствием квантово-механической природы переходов.

Если атом (или ион) возбуждается в определенном состоянии, то он может распасться до состояния с более низкой энергией либо радиационно (испуская фотон), либо он может быть столкновительно де-возбужден. Какая из этих двух вещей происходит, зависит от (электронной) плотности газа, температуры и радиационного времени жизни возбужденного состояния.

Запрещенный переход имеет (сравнительно) очень большое излучательное время жизни (возможно, до секунды по сравнению с $10^{-7}$ с разрешенного перехода). Это означает, что в большинстве случаев переход не происходит радиационно - отсюда и термин «запрещенная линия». Если газ достаточно разреженный, например, в верхних слоях атмосферы, то шкала времени соударения с возбуждением может стать достаточно длинной, чтобы переход произошел радиационно.

Итак, что происходит с разными цветами, так это то, что они возникают в результате разных переходов у разных видов, соответствующих определенным длинам волн. Конкретные переходы происходят только на определенных высотах в атмосфере, где условия таковы, что (i) виды существуют, (ii) верхний уровень перехода возбуждается в достаточном количестве и (iii) комбинация плотность / температура такова что столкновения редки и не "гасят" излучение запрещенной линии.

Преобладание разных цветов необязательно связано с сильно различающимися концентрациями кислорода и азота на разных высотах; как зеленые, так и красные полярные сияния образуются при переходах в атомарный кислород (при 558 нм и 630 нм соответственно). Дело в том, что разноцветные переходы гасятся на разных высотах в атмосфере. 630 нм имеет более длительное радиационное время жизни и гасится при более высоких плотностях в нижней атмосфере. С другой стороны, атомарный кислород реже находится в атмосфере, и переходы в ионизированном (молекулярном) азоте становятся более доминирующими. Они также могут быть синего или красного цвета, опять же, в зависимости от плотности этого конкретного слоя атмосферы, так как различные запрещенные переходы возбуждаются и гасят.

В общем, условия для возбуждения и излучения определенного перехода встречаются только в довольно узких, стратифицированных полосах, которые различны для разных видов / переходов, и это приводит к цветным полосам полярных сияний.

Дальнейшее чтение можно найти здесь .

1 голос
/

Да, состав атмосферы меняется с высотой. Хотя $N_2$ доминирует на уровне земли, атомный кислород доминирует между 200-450 км, достигая 85% по объему. enter image description here

Предоставлено Википедия . Атрибуция: Amaurea - Собственная работа, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71001656

Объяснение того, что разные цвета производятся разными видами, доминирующими на разных высотах, предлагается на веб-странице, на которую вы ссылались:

Основным фактором, определяющим цвета любого дисплея, является высота, на которой солнечные частицы сталкиваются с нашей атмосферой. На разных высотах и ​​в разных концентрациях преобладают разные газы, и именно столкновение «возбуждает» эти газы, что определяет цвет Авроры.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...