高分子氫化

[拼音]：qihui

[外文]：airglow

地球高層大氣吸收了太陽電磁輻射能量後產生的一種微弱光輻射。氣輝出現在地球上空 50～500公里之間，氣輝亮度比極光低得多，分佈也均勻，因而不易為人們察覺。只有在太空環繞地球飛行的宇航員，能在地平方向，離地面100公里高度處，目視到一條圓弧形綠色光帶，這是氣輝光譜中氧原子綠線的薄薄發光層。（見彩圖）

氣輝發現於20世紀初。那時，天文學家由研究夜晚天空的亮度和總的星光，確認天空的亮度除了來源於星光之外，還有來自地球大氣的部分，並把這種高層大氣發射的光稱作地球光。又因為這種光中總有一條在極光光譜中出現的綠色譜線，所以也稱其為永極光或非極區極光。直到1950年，才將這種高層大氣的微弱光輻射稱作“氣輝”。氣輝地面觀測技術在國際地球物理年(1957～1958)和國際寧靜太陽年(1964～1965)期間得到了很大發展，許多國家的臺站有組織地進行觀測，取得了豐富的資料。放在火箭和衛星上的儀器，把觀測範圍擴大到了紫外和紅外波段，並且能非常有效地測量氣輝發射率的高度分佈和全球分佈。

氣輝是地球高層大氣中的重要發光現象，對氣輝的觀測和研究，有助於人們對高層大氣結構以及高層大氣物理、化學過程的瞭解。金星、火星和木星大氣在太陽輻射作用下也發生氣輝現象，稱為行星氣輝。對行星氣輝的觀測和研究，有助於對行星大氣的瞭解。

分類

按照高層大氣接受太陽照射情況的不同，氣輝分為夜氣輝、晝氣輝和曙暮氣輝 3類。夜氣輝發生在夜間高層大氣沒有太陽光照射的條件下，它和星光、黃道光、銀河光一起統稱為夜天光。夜氣輝的發射強度在3類氣輝中最低，在可見光波段的光度大於星光的光度，約佔無月夜晚天空總光度的40％。晝氣輝發生在白晝，這時太陽輻射來自氣輝發射層之上。晝氣輝的光譜成分最豐富，發射強度也最大，但是由於白晝散射光很強，需用光譜解析度很高的儀器，才能在地面觀測到它。曙暮氣輝發生在日出前和日落後，太陽天頂角大約在90°～110°之間的時候，此時低層大氣已處於地球陰影之中，高層大氣仍然接受到來自下方的陽光照射。曙暮氣輝的發射強度低於晝氣輝，高於夜氣輝。

激發機制

氣輝發射所需要的能量是由太陽電磁輻射供給的。太陽輻射通過直接和間接的作用，使高層大氣中的原子、分子和離子激發到較高的能態，激發粒子由高能態躍遷到較低的能態時發射光子，即產生氣輝。共振散射、熒光散射和光電子碰撞等過程，都發生在太陽輻射被大氣粒子吸收後很短的時間內，這就是晝氣輝和曙暮氣輝的激發機制。在大氣中進行的化學反應、離解複合和輻射覆合等過程激發產生的氣輝，是太陽輻射間接作用的結果。這類過程不只發生在白晝，也發生在夜晚，它們將高層大氣在白晝吸收並以離解能和電離能形式儲存起來的輻射能量，徐徐轉變為粒子的激發能，成為夜氣輝的主要激發機制。

在高空通過各種途徑被激發的粒子，在發生輻射躍遷前，可以與別的粒子發生碰撞失去能量而去活（或猝滅）。激發態的輻射壽命愈長，去活的機率就愈大。這種與激發相反的過程，起著減低激發粒子數的作用。

光譜

氣輝在可見光、紫外和紅外很寬的波段都有發射，光譜中包含有許多原子、分子和離子的譜線或譜帶，在可見光和近紅外區還疊加有連續譜。目前觀測到的波長最短的譜線在遠紫外區，波長最長的譜線是氧原子的63微米輻射。在紫外和遠紫外區光譜中，有氫、氦、氮和氧的原子線，還有氧、氮分子和一氧化氮分子的譜帶。在可見光波段中，有波長為5577埃的氧原子綠線、波長為6300埃和6364埃的氧原子紅線、鈉原子黃線和氮分子離子的譜帶為重要的光譜成分。羥基(OH)和氧分子在近紅外波段的輻射，是氣輝光譜中最強的發射。此外，高層大氣中的微量成分，如NO、CO、CO2、H2O和O3在紅外波段的某些譜帶也出現在氣輝中。

在氣輝的各種光譜成分中，研究得最多的是以下一些譜線和譜帶：

（1）氧原子綠線最早在極光光譜中發現，有“極光綠線”之稱，是夜氣輝可見光波段最強的譜線。綠線在100公里高度的發射層，正處於高層大氣中氧原子密度最大的高度，發射綠線所需要的能量是氧原子締合為氧分子時釋放的離解能供給的。

（2）氧原子紅線紅線為雙線，發射高度在150～300公里之間。在夜氣輝中，發射氧原子紅線的激發態原子是離子O娚和NO+離解複合產生的，因而發射強度與F2層的電子密度密切相關。在電離層赤道異常區，氧紅線增強，形成所謂赤道紅弧。

（3）鹼金屬共振線在高層大氣中有一個鹼金屬層，含有Na、Li和K，高度在80～110公里。鈉自由原子的丰度很低，在90公里高度的最大數密度不超過104釐米-3。鈉黃線有很高的發射率，在晝氣輝可見光波段是最強的譜線。鋰和鉀的丰度比鈉更低，它們的共振線已在曙暮氣輝中觀測到。

（4）羥基(OH)振動－轉動帶由OH電子基態的振動能級間的輻射躍遷產生，出現在可見光和3微米以內的波段，最強的譜帶在 1.5微米附近。OH的發射在晝氣輝和夜氣輝中都是最強的，它的激發機制是中層大氣中氫原子和臭氧以及處於振動激發態的氧原子間的化學反應。

（5）氧分子帶系氣輝光譜中的氧分子帶繫有 3個。赫茨伯格帶系在紫外波段，大氣帶系和紅外大氣帶系在近紅外波段。3個帶系的發射高度都在100公里以下。出現在夜氣輝中的赫茨伯格帶系與氧原子綠線，在發射強度和體積發射率的高度分佈上有很好的相關性。

（6）氮分子離子第一負帶系N娚第一負帶系出現在晝氣輝和曙暮氣輝中，最強的譜帶帶頭的波長為3914埃。N娚第一負帶系在極光光譜中是非常強的光譜成分，但在夜氣輝中極為微弱，這是人們早已注意到的兩者在光譜特徵上的差別。

（7）氫原子賴曼α 譜線氫原子共振線賴曼α 的波長為1216埃，是地冕發射的主要譜線，也是氣輝遠紫外波段最強的譜線。

人工氣輝

一些用火箭帶到高空釋放的化學物質，可與大氣成分發生化學反應或散射太陽光，形成發光現象，稱為人工氣輝。常用的釋放物質有鹼金屬、鹼土金屬、鋁及氮的氧化物等。一氧化氮與高空的氧原子作用，發射出二氧化氮餘輝的連續譜，被用來測量氧原子的密度。鈉雲的擴散和漂移，被用來測量高層大氣的溫度、密度和高空風速度。鋇原子有很高的電離截面，跟蹤鋇雲可獲得電離層電場和磁場的分佈。化學釋放已成為研究高層大氣的主動實驗方法之一。除化學釋放外，電離層加熱試驗和高空核爆炸，都能在較大的空間範圍增強某些氣輝光譜成分的發射強度。

參考書目

J.W.Chamberlain， Physics of the Aurora and Airglow，Academic Press，New York，1961.

M.J.McEwan and L.F.Phillips， Chemistry of the Atmosphere，Edward Arnold，London，1975.