极光的烂漫色彩从何而来 小小粒子有孝敬

　　美国女航天员克里斯蒂娜·H·科赫（Christina H. Koch）是单次在太空滞留时间最长的女性。克日，她在社交媒体发布的一张照片受到颇多存眷——在国际空间站上拍摄的星轨照片。 这并非克里斯蒂娜·H·科赫第一次发布在空间站创作的摄影作品。本年6月，她在国际空间站拍摄的极光照片也吸粉无数。
　　极光凡是呈此刻地球南北南北极四周地域夜间的高空中。它自古就因为烂漫多彩而被寄望、调查和记录。克里斯蒂娜·H·科赫拍摄的极光照片泛起出绿色的光线。人们也曾视察到赤色、蓝色等其他颜色的极光，甚至同时混合差异的颜色。
　　那么，极光为什么会有差异的颜色？差异的颜色背后又是什么差异的物理进程？
　　高空微观粒子的能量跃迁游戏
　　凡是认为，极光是太空（太阳风或地球磁层）中的高能带电粒子进入极区四周的高层大气激发的自然现象。它因为会合呈此刻南北极四周被称为极光。呈此刻南极的被称为南极光，呈此刻北极的被称为北极光。极光经常呈带状、弧状、幕状、放射状。这些形状有时不变，有时持续在变革。
　　近代的量子力学认为，微观粒子的能量经常是一份一份的，也就是“量子”，而不是持续变革的。凭据量子力学根基道理，分子按其内部举动状态的差异，可处于差异的能态，每一能态具有必然的能量。能量最低的态称为基态，能量高于基态的称为引发态。它们构身分子内部的各能级，高能量的引发态可跃迁到较低的能态，能量较低的能态也可接收必然的能量跃迁到能量较高的引发态。电子引发态与基态之间呈现跃迁，就会有接收或发射特定波长的光，发生分子的电子光谱，别离对应着接收光谱和发射光谱。
　　一言以蔽之，分子（也包罗原子等）可以接收或发射特定波长的光来改变能量状态。我们地球的大气，越往高空越稀薄，高空的分子、原子等接收能量和释放能量的进程可以发光，就会发生极光。而光的颜色与光波长有关，故而极光的颜色会与这种进程有关。
　　绿色为最常见极光颜色
　　绿色的极光最为常见，但极光的颜色并不是只有绿色。
　　这就涉及到大气的电离和复合进程。在太阳紫外线、宇宙射线等的浸染下，有些氛围分子因失去电子而带正电， 二硅化钼，成为正离子；有些分子得到电子而带负电，成为负离子。这种中性大气分子得到电荷的进程，称为大气电离。这些离子、电子等带电粒子又大概在碰撞后从头酿成中性，这种进程叫做复合。
　　跟着海拔高度增高，大气逐渐稀薄，甚至差异身分疏散，呈现以氧分子（O2）甚至氧原子（O）、氮氧化物分子（NO）为主的高度。再通过这些电离等进程，呈现一些带电粒子，包罗氧离子（O+）、羟基自由基（OH-）等。
　　在最高海拔处，以原子氧为主，受引发的原子氧（O）跃迁时常发射波长为630纳米的光，泛起赤色，极光的颜色就会泛起出赤色。由于原子氧浓度很低，而人眼对这个波长的光的敏捷度低，所以只有在太阳勾当很强烈的时期，才气看到赤色的极光。
　　当海拔高度较低时，粒子碰撞频繁，抑制了形成红光的进程，受引发的分子氮（N2）通过碰撞将能量通报给氧原子（O），此时微观粒子的跃迁会发射波长为555.7纳米的光，极光主要泛起出绿色。
　　而当在这种环境下微观粒子跃迁较为平缓时，发射出的光波长仅为428纳米，泛起出的就是蓝色。
　　更为稀有的粉赤色或黄色的极光是由绿光和红光的进程按必然比例殽杂，配合浸染而成。
　　由于赤色、绿色和蓝色是颜色加性合成的主要颜色，纳米氮化硼，所以上述这些进程团结之后，理论上有大概呈现险些任何颜色的极光。不外以上几个颜色是主要的。
　　别的，极光也包括红外线和紫外线，不外它们都不是我们的肉眼可以或许识此外了。
　　（作者：王铮，系中科院国度空间科学中心助理研究员）