Свечение воздуха (также называемое ночным свечением ) - это слабое излучение света планетарной атмосферой . В случае с земной атмосферой это оптическое явление приводит к тому, что ночное небо никогда не бывает полностью темным, даже после того, как будут устранены эффекты звездного света и рассеянного солнечного света с дальней стороны.
История [ править ]
Явление свечения воздуха было впервые обнаружено в 1868 году шведским физиком Андерсом Ангстремом . С тех пор это было изучено в лаборатории, и были обнаружены различные химические реакции с выделением электромагнитной энергии как часть процесса. Ученые определили некоторые из этих процессов, которые могут присутствовать в атмосфере Земли, и астрономы подтвердили, что такие выбросы присутствуют.
Описание [ править ]
Свечению вызвана различными процессами в верхней атмосфере Земли , такие как рекомбинации атомов , которые были фотоионизированных на Солнце в течение дня, люминесценция , вызванная космическими лучами поразительных в верхних слоях атмосферу, и хемилюминесценция обусловлена в основном кислород и азот в реакцию с гидроксильной группой свободные радикалы на высоте нескольких сотен километров. Это не заметно в дневное время из - за яркий свет и рассеяние от солнечного света .
Даже в лучших наземных обсерваторий, свечению ограничивает светочувствительность от оптических телескопов . Отчасти по этой причине космические телескопы, такие как Хаббл, могут наблюдать гораздо более слабые объекты, чем современные наземные телескопы, в видимом диапазоне длин волн .
Ночное свечение воздуха может быть достаточно ярким, чтобы его заметил наземный наблюдатель, и обычно кажется голубоватым. Хотя свечение атмосферы довольно равномерно, оно кажется самым ярким примерно на 10 ° над горизонтом наблюдателя , поскольку чем ниже виден свет, тем большую массу атмосферы он просматривает. Однако, очень низко, атмосферное поглощение снижает видимую яркость свечения воздуха.
Один из механизмов свечения - это когда атом азота соединяется с атомом кислорода с образованием молекулы оксида азота (NO). При этом испускается фотон . Этот фотон может иметь любую из нескольких длин волн, характерных для молекул оксида азота. Свободные атомы доступны для этого процесса, потому что молекулы азота (N 2 ) и кислорода (O 2 ) диссоциируют под действием солнечной энергии в верхних слоях атмосферы и могут встречаться друг с другом с образованием NO. Другие вещества, которые могут создавать свечение воздуха в атмосфере, - это гидроксил (OH), [2] [3] [4] атомарный кислород (O), натрий (Na) и литий (Li). [5]
Яркость неба обычно измеряются в единицах видимой величины на квадратную угловую секунду неба.
Расчет [ править ]
Чтобы вычислить относительную интенсивность свечения воздуха, нам нужно преобразовать видимые величины в потоки фотонов; это явно зависит от спектра источника, но мы сначала проигнорируем это. Для видимых длин волн нам нужен параметр S 0 (V), мощность на квадратный сантиметр апертуры и на микрометр длины волны, создаваемой звездой нулевой величины, чтобы преобразовать видимые величины в потоки - S 0 (V) =4,0 × 10 -12 Вт · см -2 мкм -1 . [6] Если мы возьмем примерзвездыс V = 28, наблюдаемой через обычныйфильтр V- диапазона ( B =Полоса пропускания 0,2 мкм , частота ν ≈6 × 10 14 Гц ) количество фотонов, которые мы получаем на квадратный сантиметр апертуры телескопа в секунду от источника, равно N s :
(где h - постоянная Планка ; hν - энергия одиночного фотона с частотой ν ).
В полосе V излучение от свечения атмосферы составляет V = 22 на квадратную угловую секунду в высотной обсерватории в безлунную ночь; в отличных видя условия изображения звезды будет около 0,7 секунды дуги поперек с площадью 0,4 квадратных дуги второго, так что излучение от свечения по площади из изображений соответствуют примерно до V = 23 . Это дает количество фотонов от свечения воздуха, N a :
Отношение сигнал-шум для идеального наземного наблюдения с телескопом области A (без учета потерь и шума детектора), возникающее из статистики Пуассона , составляет только:
Если мы предположим идеальный наземный телескоп диаметром 10 м и неразрешенную звезду: каждую секунду на участке размером с увеличенное изображение звезды прибывают 35 фотонов от звезды и 3500 фотонов от свечения в воздухе. Итак, более часа, примерно1,3 × 10 7 прибывают из свечения воздуха, и примерно1,3 × 10 5 поступают от источника; поэтому отношение сигнал / шум составляет примерно:
Мы можем сравнить это с «реальными» ответами калькуляторов времени выдержки. Для 8- метрового телескопа Very Large Telescope , согласно калькулятору времени экспозиции FORS, вам нужно 40 часов наблюдений, чтобы достичь V = 28, в то время как 2,4-метровому телескопу Хаббла требуется всего 4 часа согласно калькулятору времени экспозиции ACS . Гипотетический 8-метровый телескоп Хаббла займет около 30 минут.
Из этого расчета должно быть ясно, что уменьшение размера поля обзора может сделать более слабые объекты более заметными против свечения воздуха; К сожалению, методы адаптивной оптики , уменьшающие диаметр поля зрения наземного телескопа на порядок, пока работают только в инфракрасном диапазоне, где небо намного ярче. Космический телескоп не ограничен полем обзора, так как на него не влияет свечение воздуха.
Вынужденное свечение воздуха [ править ]
Были проведены научные эксперименты по индуцированию свечения атмосферы путем направления мощных радиоизлучений на ионосферу Земли . [7] Эти радиоволны взаимодействуют с ионосферой, вызывая слабый, но видимый оптический свет на определенных длинах волн при определенных условиях. [8] Эффект также наблюдается в радиодиапазоне с помощью ионозондов .
Экспериментальное наблюдение [ править ]
Эта статья может придать чрезмерный вес определенным идеям, инцидентам или противоречиям . Октябрь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) ( |
SwissCube-1 - швейцарский спутник, эксплуатируемый Федеральной политехнической школой Лозанны . Космический корабль представляет собой единый блок CubeSat , который был разработан для исследования свечения атмосферы Земли и разработки технологий для будущих космических кораблей. Хотя SwissCube-1 довольно мал (10 x 10 x 10 см) и весит менее 1 кг, он оснащен небольшим телескопом для получения изображений свечения атмосферы. Первый SwissCube-1Изображение было получено 18 февраля 2011 г. и было довольно черным с некоторым тепловым шумом. Первое изображение свечения было получено 3 марта 2011 года. Это изображение было преобразовано в человеческий оптический диапазон (зеленый) по результатам измерения в ближней инфракрасной области. Это изображение обеспечивает измерение интенсивности явления свечения воздуха в ближнем инфракрасном диапазоне . Измеряемый диапазон составляет от 500 до 61400 фотонов с разрешением 500 фотонов. [9]
Наблюдение за свечением воздуха на других планетах [ править ]
Космический корабль Venus Express оснащен инфракрасным датчиком, который обнаружил излучение в ближнем инфракрасном диапазоне из верхних слоев атмосферы Венеры . Выбросы происходят из оксида азота (NO) и молекулярного кислорода. [10] [11] Ученые ранее определили в лабораторных испытаниях, что во время производства NO возникают ультрафиолетовые излучения и излучения в ближнем ИК-диапазоне. УФ-излучение было обнаружено в атмосфере, но до этой миссии создаваемое атмосферой излучение в ближнем ИК-диапазоне было только теоретическим. [12]
Галерея [ править ]
Оттенки красного и зеленого, освещающие небо, создаются воздушным свечением. [13]
Свечение над обсерваторией Паранал . [14]
Свечение в Оверни (Франция) 13 августа 2015 года.
См. Также [ править ]
- Земной свет
- Ионизированное свечение воздуха
- Оптические явления
- Полярное сияние
- Зодиакальный свет
Ссылки [ править ]
- ^ "Австрийские программные средства, разработанные для ESO" . www.eso.org . Европейская южная обсерватория . Проверено 6 июня 2014 .
- ^ Майнель, AB (1950). "Полосы излучения OH в спектре ночного неба I". Астрофизический журнал . 111 : 555. Bibcode : 1950ApJ ... 111..555M . DOI : 10.1086 / 145296 .
- ^ AB Майнель (1950). "Полосы излучения OH в спектре ночного неба II". Астрофизический журнал . 112 : 120. Bibcode : 1950ApJ ... 112..120M . DOI : 10.1086 / 145321 .
- ^ Высокий, FW; и другие. (2010). «Изменчивость неба в полосе y на сайте LSST». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 122 (892): 722–730. arXiv : 1002.3637 . Bibcode : 2010PASP..122..722H . DOI : 10.1086 / 653715 .
- ^ Донахью, TM (1959). «Происхождение натрия и лития в верхних слоях атмосферы». Природа . 183 (4673): 1480–1481. Bibcode : 1959Natur.183.1480D . DOI : 10.1038 / 1831480a0 .
- ^ Астрофизика высоких энергий: частицы, фотоны и их обнаружение, Том 1, Малкольм С. Лонгэр, ISBN 0-521-38773-6
- ↑ ВЧ-индуцированное свечение воздуха в магнитном зените: тепловая и параметрическая нестабильности вблизи электронных гирогармоник . Е.В. Мишин и др., Geophysical Research Letters Vol. 32, L23106, DOI : 10,1029 / 2005GL023864 , 2005
- ^ NRL HAARP Обзор архивации 5 марта 2009 в Wayback Machine . Лаборатория военно-морских исследований .
- ^ Официальный сайт SwissCube
- ^ Гарсия Муньос, А .; Фрезы, FP; Piccioni, G .; Дроссарт, П. (2009). «Ночное свечение оксида азота в ближней инфракрасной области в верхних слоях атмосферы Венеры» . Труды Национальной академии наук . 106 (4): 985–988. Bibcode : 2009PNAS..106..985G . DOI : 10.1073 / pnas.0808091106 . ISSN 0027-8424 . PMC 2633570 . PMID 19164595 .
- ^ Piccioni, G .; Засова, Л .; Migliorini, A .; Drossart, P .; Shakun, A .; Гарсиа Муньос, А .; Фрезы, FP; Кардезин-Мойнело, А. (1 мая 2009 г.). «Ночное свечение кислорода в ближнем ИК-диапазоне, наблюдаемое системой VIRTIS в верхних слоях атмосферы Венеры» . Журнал геофизических исследований: планеты . 114 (E5): E00B38. Bibcode : 2009JGRE..114.0B38P . DOI : 10.1029 / 2008je003133 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Уилсон, Элизабет (2009). «ПЛАНЕТАРНАЯ НАУКА» Спектральный диапазон Венеры «ночное свечение» позволяет изучать NO, O ». Новости химии и техники . 87 (4): 11. DOI : 10.1021 / Сеп-v087n004.p011a . ISSN 0009-2347 .
- ^ "Немецкий дог Ла Силла" . www.eso.org . Проверено 26 марта 2018 .
- ^ "Все, что угодно, только не черный" . www.eso.org . Проверено 20 сентября 2016 года .
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме Airglow . |
- Описание и изображения
- Информация о яркости неба для обсерватории Роке-де-лос-Мучачос
- Ночное свечение обнаружено в интервью Mars Space.com
- Стереоскопические наблюдения свечения HAARP от HIPAS, Poker Flat и Nenana, Аляска , RF Wuerker et al.
- Улучшенное отношение сигнал / шум холодного фотонного детектора для измерений с помощью интерферометра Фабри-Перо слабого свечения воздуха, выполненные Т.П. Дэвисом и П.Л. Дайсоном.
- Справочник по прибору спектрографа для формирования изображений космического телескопа для цикла 13
- SwissCube | Первый швейцарский спутник