就在不久前，中國載人航天工程辦公室發布了神舟十二號航天員在軌拍攝的照片，很多人注意到一個細節——地球外麵竟然有一層發光的邊界。

這是大氣層嗎？夜空中的大氣層
，為什麼會是“亮”的呢？發光的這層又是在哪一高度？發光原理是什麼？

這些問題的答案都指向一個詞——氣輝，一種大氣發光現象。

為什麼會有這樣的現象呢
？讓我們從抬頭仰望星空的一個細節說起。

當人們在遠離城市燈光的野外，甚至是空氣稀薄的高原欣賞純淨的夜空時，如果把目光放在星星之間的“空隙”，可以感覺到沒有星星的區域仍然不是直覺上該有的純黑
，即使用望遠鏡觀察，暗星和暗星之間的“空隙”仍然有些許明亮，好像我們看到的夜空中有一個微弱發光的背景，這就是氣輝（地球高層大氣的微弱發光現象）。

在可見光波段
，最明亮的氣輝是高層大氣氧原子發出的557.7納米的綠色光，亮度稍弱的是鈉原子發出的589.0納米/589.6納米的黃綠色光。這個顏色的大氣發光現象，很容易讓人聯想到極光。但事實上，二者在分布、形態和原理上都有著顯著的不同。

從空間分布上看
，極光幾乎隻存在於高緯度靠近地球磁極的一圈，鮮有出現在低緯度區域
，而且形態清晰、變化迅速；反觀氣輝
，則是一圈完整的發光球包裹在整個地球外麵，近乎於均勻分布，鮮有結構特征。這些不同，均源於它們發光原理的差異。

極ji光guang的de出chu現xian，來lai源yuan於yu太tai陽yang風feng中zhong高gao能neng粒li子zi對dui大da氣qi分fen子zi和he原yuan子zi的de轟hong擊ji，微wei觀guan粒li子zi變bian成cheng激ji發fa態tai
，隨sui後hou通tong過guo回hui到dao基ji態tai的de過guo程cheng釋shi放fang特te定ding能neng量liang而er發fa光guang，化hua學xue上shang可ke被bei歸gui類lei為wei“熒光”。qihuidechansheng
，zeyuanyugaocengdaqideziwaijifa，zhexieziwaixianyoudezhijielaiyuanyutaiyangguang，gengduodeshigaocengdaqizhongqitayuanzihuolizishoutaiyangguangjifahouchanshengdecijijifa。zheleijifaxianxiangzaixibodegaocengdaqizhong

，keyicunzaishufenzhongdaoshuxiaoshi，yincidiqiudeyebanqiu
，jiuyoulenengchixuzhengyefaguangdeqihui，huaxueshangkechengqiwei“磷光”。

氣(qi)輝(hui)不(bu)僅(jin)整(zheng)夜(ye)可(ke)見(jian)
，而(er)且(qie)分(fen)布(bu)於(yu)整(zheng)個(ge)夜(ye)半(ban)球(qiu)。跟(gen)隨(sui)地(di)球(qiu)自(zi)轉(zhuan)和(he)高(gao)層(ceng)大(da)氣(qi)流(liu)動(dong)


，粒(li)子(zi)們(men)運(yun)動(dong)到(dao)太(tai)陽(yang)照(zhao)射(she)的(de)地(di)方(fang)產(chan)生(sheng)一(yi)定(ding)比(bi)例(li)的(de)紫(zi)外(wai)激(ji)發(fa)，隨(sui)後(hou)運(yun)動(dong)到(dao)夜(ye)半(ban)球(qiu)，有(you)些(xie)還(hai)在(zai)激(ji)發(fa)態(tai)的(de)粒(li)子(zi)就(jiu)可(ke)能(neng)在(zai)某(mou)個(ge)時(shi)間(jian)回(hui)到(dao)基(ji)態(tai)而(er)發(fa)光(guang)。這(zhe)種(zhong)發(fa)光(guang)沒(mei)有(you)地(di)理(li)位(wei)置(zhi)的(de)偏(pian)好(hao)
，隻(zhi)有(you)日(ri)夜(ye)的(de)不(bu)同(tong)
，因(yin)此(ci)氣(qi)輝(hui)可(ke)以(yi)出(chu)現(xian)在(zai)整(zheng)個(ge)大(da)氣(qi)層(ceng)。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，極(ji)光(guang)的(de)產(chan)生(sheng)和(he)消(xiao)失(shi)是(shi)瞬(shun)時(shi)的(de)，大(da)氣(qi)粒(li)子(zi)受(shou)到(dao)來(lai)自(zi)太(tai)陽(yang)的(de)高(gao)能(neng)粒(li)子(zi)轟(hong)擊(ji)，即(ji)刻(ke)發(fa)光(guang)。而(er)地(di)球(qiu)的(de)磁(ci)場(chang)強(qiang)烈(lie)地(di)約(yue)束(shu)了(le)這(zhe)些(xie)通(tong)常(chang)帶(dai)電(dian)的(de)高(gao)能(neng)粒(li)子(zi)，使(shi)它(ta)們(men)隻(zhi)會(hui)來(lai)到(dao)地(di)球(qiu)南(nan)北(bei)磁(ci)極(ji)附(fu)近(jin)的(de)高(gao)緯(wei)度(du)地(di)區(qu)
，因(yin)此(ci)除(chu)了(le)少(shao)有(you)的(de)太(tai)陽(yang)劇(ju)烈(lie)活(huo)動(dong)期(qi)
，隻(zhi)有(you)南(nan)北(bei)磁(ci)極(ji)附(fu)近(jin)才(cai)可(ke)能(neng)看(kan)到(dao)極(ji)光(guang)。

了(le)解(jie)了(le)極(ji)光(guang)和(he)氣(qi)輝(hui)的(de)原(yuan)理(li)後(hou)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)二(er)者(zhe)均(jun)隻(zhi)能(neng)出(chu)現(xian)在(zai)稀(xi)薄(bo)的(de)高(gao)層(ceng)大(da)氣(qi)。因(yin)為(wei)如(ru)果(guo)靠(kao)近(jin)地(di)表(biao)，假(jia)設(she)有(you)氧(yang)原(yuan)子(zi)被(bei)激(ji)發(fa)，它(ta)很(hen)快(kuai)就(jiu)會(hui)和(he)旁(pang)邊(bian)的(de)原(yuan)子(zi)或(huo)者(zhe)分(fen)子(zi)碰(peng)撞(zhuang)，把(ba)能(neng)量(liang)釋(shi)放(fang)掉(diao)
；隻(zhi)有(you)空(kong)氣(qi)密(mi)度(du)足(zu)夠(gou)稀(xi)薄(bo)時(shi)，原(yuan)子(zi)們(men)被(bei)激(ji)發(fa)後(hou)才(cai)能(neng)安(an)全(quan)地(di)自(zi)由(you)熱(re)運(yun)動(dong)，直(zhi)到(dao)自(zi)己(ji)發(fa)光(guang)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)回(hui)到(dao)基(ji)態(tai)。自(zi)地(di)表(biao)向(xiang)上(shang)，這(zhe)個(ge)足(zu)夠(gou)稀(xi)薄(bo)的(de)位(wei)置(zhi)就(jiu)出(chu)現(xian)在(zai)100千米左右的高度。繼續向上
，原子們同樣也能如此發光，但是由於空氣密度更稀薄，看到的光也更弱。因此最明顯的發光就集中在100千米左右的高空，剛好和傳統上對太空定義的100千米“卡門線”相當。

此(ci)外(wai)，氧(yang)原(yuan)子(zi)還(hai)有(you)其(qi)他(ta)能(neng)級(ji)的(de)激(ji)發(fa)
，例(li)如(ru)需(xu)要(yao)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)回(hui)到(dao)基(ji)態(tai)的(de)一(yi)種(zhong)紅(hong)色(se)發(fa)光(guang)
，需(xu)要(yao)更(geng)高(gao)層(ceng)大(da)氣(qi)的(de)更(geng)低(di)密(mi)度(du)環(huan)境(jing)，這(zhe)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)在(zai)距(ju)地(di)表(biao)150—300千米一層較弱較彌散的紅色氣輝層，相比100千米的綠色氣輝層，紅色氣輝層需要更多的曝光積累才可察覺，或者需要強烈的太陽活動打“配合”。

最後
，回到神舟十二號航天員在軌拍攝的照片
，航天員從太空中拍攝的地球，氣輝作為一層薄薄的微弱發光層包裹在距地表100千米高度的地方。這一層發光的邊界，正是地球上觀察夜空時最主要的背景光。

（來源：《天文愛好者》雜誌）