气辉

高层大气的微弱发光现象

气辉，又称“夜辉”，是高层大气的微弱发光现象。源自大气某些成分受太阳光照射后，在光化学过程中所放射的微弱光辉。

描述

在地球的大气层，气辉这种光学现象导致背向太阳的夜空即使排除了星光和散射的阳光，也不会完全黑暗。其占所有观测的到的，除开星光、黄道光、银河光和大气散射产生的光之外，剩余部分光能的40%。

气辉在全球晴夜都可看到，有各种颜色，地平处较强。有季节性、周期性变化。

（1）分类

1）气辉习惯上依据观测的时间段分为夜气辉、曙暮气辉和昼气辉三类：

夜间出现的比较明显，称为夜气辉（或夜辉），晨昏时出现的称为曙暮气辉，白天出现但不易观测的称为昼气辉。一般把地冕的辐射也包括在气辉中。

2）气辉依据其产生辐射的大气成分不同，被分为多种：

比如原子氧的OI558nm气辉、原子氧OI630nm气辉、N2气辉、CO2气辉、OH气辉、O2气辉等

（2）与极光异同

极光和气辉是发生在中高层大气的两种重要的光学现象，凭目视很难分辨出来。两者的光谱有某种类似之处，但在其他几个重要方面是不同的：

极光受地磁场控制, 在接近地磁极的有限纬度处一般都能观测到, 而且它的出现与太阳活动有关；

气辉同太阳活动关系不大，而且有季节性和周期性的变化。同时，二者光谱特征的差别也表明它们的激发机制是不同的。相比较于极光，气辉具有连续不断，无论白天黑夜都有气辉辐射、不受纬度限制、光线较弱、产生机制不同等特点。

形成机制

是中高层大气光化学过程的产物。

白天太阳的电磁辐射激发大气中的大气分子或原子，使其失去一个或是更多电子，分子分离为原子，将分子或原子的稳定状态激发至较高的能态，或是使分子振动起来。到了夜间，这些处在较高能态的分子或原子就会跃迁回基态，此时释放出来的一定波长的光引起发射和散射，从而造成了微弱辉光辐射。最常见和最明亮的气辉辐射特征一般是由化学反应产生的，其常因参与作用的成分和过程的不同而呈现不同的色彩，其辐射强度受到大气温度和相关大气组分密度控制。

由于阳光的散射，这种现象在白天不会被注意到。

气辉现象是瑞典科学家安德斯·埃格斯特朗在 1868 年首先确认的。从此之后，在实验室里和对各种化学反应的研究，已经观察到这是电磁能量过程的一部分。科学家也发现这些过程会出现在地球的大气层，天文学家也已经验证这些过程和排放的存在。

气辉的产生主要是氧气和氮与羟基离子在数百公里的高度上做出的反应。

其中氮气、氧反应机制是氮原子和氧原子结合组成一氧化氮（NO）的分子。在这个过程中会发射出光子，这个光子可以是一氧化氮分子的几个特征波长中的任何一种，因为氧分子和氮分子在抵达大气层顶被太阳能解离时，这些自由原子都可以进行这种过程，互相遭遇而形成一氧化氮。

其它可以在大气层中产生气辉的物体还有羟（OH）、氧分子（O2）、钠（Na）和锂（Li）。

应用

中高层大气(80～300km)是与人类生存环境关系极为密切、又易受太阳活动影响的大气层，对它的研究在日地物理研究领域中占有特殊的地位。气辉温度观测是研究中高层大气复杂物理过程的重要手段。

气辉的时间和空间分布受到诸如大气重力波、潮汐波和行星波等多种大气动力学过程调制.因此,气辉成为大气光化学过程和大气动力学过程的重要示踪剂。对气辉分布特征的研究有助于推进人们对大气光化学和动力学过程的深入理解.因此。气辉分布特征的研究对于中高层大气的研究非常重要。OH夜气辉辐射很强，人们很早就开展了对OH夜气辉辐射的观测和研究工作.前人对OH夜气辉辐射的分布特征,包括高度分布特征、纬度分布特征、周日变化特征,以及季节变化特征等。

观测

气辉的光线很暗淡，只有通过特制的光度计，但是在任何时间、任何方向都可以测量到它。最简单的光度计,是把照相底片放在一个1厘米直径的小圆孔后方约3厘米的地方，对准某一固定的方向曝光10分钟，底片上就会出现足够的黑度，这黑度可以用物理方法来测定。目前一般用的是光电管或光电倍加管作成的光度计来进行测定，这样灵敏度可以增加至一百万倍。我国在华南设立的气辉观侧站就在用这样的仪器来进行观测。

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