Собственное свечение атмосферы

Природный феномен, известный как собственное свечение атмосферы (англ. airglow) был открыт в 1868 году шведским учёным Андерсом Ангстремом.

Это небесное свечение естественной природы происходит все время и по всему земному шару. Существует три его типа: дневное (dayglow), сумеречное (twilightglow) и ночное (nightglow). Каждое из них является результатом взаимодействия солнечного света с молекулами в нашей атмосфере, но имеет свой особый способ формирования.

Дневное свечение образуется, когда солнечный свет падает на атмосферу в дневное время. Некоторая его часть поглощается молекулами в атмосфере, что дает им избыток энергии, которую они затем высвобождают как свет, либо на такой же, либо на чуть более низкой частоте (цвет). Этот свет гораздо слабее обычного дневного света, поэтому мы не можем его увидеть невооруженным глазом.

Сумеречное свечение по сути представляет собой то же самое, что и дневное, но в этом случае Солнцем освещаются только верхние слои атмосферы. Остальная ее часть и наблюдатели на Земле находятся в темноте. В отличие от дневного свечения, видно невооруженным глазом.

Ночное же свечение порождается не солнечным светом, падающим на ночную атмосферу, а иным процессом, который называется хемолюминесценция. Солнечный свет в течение дня накапливает энергию в атмосфере, содержащей молекулы кислорода. Эта дополнительная энергия заставляет молекулы кислорода распадаться на отдельные атомы. В основном это происходит на высоте около 100 км.

В отличае от полярных сияний, ночные свечения распространены по всему небу и равномерны. 

Яркость свечения коррелирует с уровнем ультрафиолетового (УФ) света, исходящего от Солнца, который изменяется с течением времени. Сила свечения зависит от времени года.

Чтобы увеличить свои шансы на обнаружение небесного свечения, следует запечатлеть темное и ясное ночное небо в режиме длинной выдержки. Свечение можно увидеть в любом направлении, свободном от светового загрязнения, в 10–20 градусах над горизонтом.

Небо светится, как гигантская многократная радуга. Различные возмущения, например, приближающаяся буря, могут создавать в Земной атмосфере рябь, похожую на волны. Эти гравитационные волны – колебания поверхностей слоёв воздуха и похожи на волны, вызванные броском камня в спокойную воду.

Фотография с длинной выдержкой, сделанная в направлении вертикальных слоёв свечения атмосферы, сделала эту волнообразную структуру видимой. 

Механизм возникновения данного явления заключается в следующем. В течение дня солнечная радиация (солнечный свет) разрушает молекулы воздуха на атомы (заряженные атомы, ионы), выбиваются электроны. Когда ионы вновь встречаются (или притягивают электрон) — формируется молекула, а избыток энергии уходит в виде света. На высоте 80-120 км рекомбинируются, в основном молекулы кислорода и натрия с испусканием зеленого и жёлтого света соответственно; на высоте 250-300 км происходит электрон-ионная рекомбинация, но излучение этого слоя лежит в инфрактасной (невидимой) области электромагнитного спектра. 

Наиболее распространённым механизмом, приводящим к возникновению свечения 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. Тёмно-красное свечение, скорее всего, образуют молекулы OH, расположенные на высоте около 87 километров и возбуждаемые ультрафиолетовым солнечным излучением. Оранжевое и зелёное свечение идёт от атомов натрия икислорода, находящихся чуть выше.