antihydrogen: |Psi(r1,r2)|^2 (|Psi|^2)
[personal profile] antihydrogen

Откуда взялась зеленая полоса над краем Земли на этих фотографиях:



[Poll #2019569][Poll #2019569]

Называется это явление собственное свече́ние атмосфе́ры. Но ниже я буду называть его простым и емким словом airglow. И это хемилюминесценция, то есть свечение, возникающее при химических реакциях.

В термосфере, слое атмосферы на высоте более 85 км, днем молекулы кислорода разлагаются на атомы ультрафиолетовым излучением Солнца. При обратном объединении атомов в молекулу выделяется энергия. Но чтобы объединение состоялось, нужно трехчастичное столкновение – в одной точке должны одновременно встретиться два атома кислорода и еще что-то. Это «что-то» нужно, чтобы забрать выделившуюся при образовании молекулы кислорода энергию. Это приводит к двум последствиям. Во-первых, поскольку воздух в термосфере очень разрежен и трехчастичные столкновения случаются редко, реакция идет очень медленно, и атомарного кислорода хватает на всю ночь. Во-вторых, «что-то» потом может испустить полученную энергию в форме квантов света.

Конкретно зеленый цвет дает такая последовательность процессов:
  O + O + O -> O2 + O(1S)
  O(1S) -> O + hν
То есть два атома кислорода соединяются в молекулу, а выделившаяся энергия тратится на возбуждение третьего атома кислорода, который и испускает зеленый свет при переходе в основное состояние.

Желтоватый оттенок вносят возбуждённые атомы натрия, образующиеся в серии реакций:
  Na + O + любая молекула -> NaO* + любая молекула
  NaO* + O -> O2 + Na(2P)
  Na(2P) -> Na + hν
То есть натрий работает как катализатор превращения атомарного кислорода в молекулярный, забирая за посредничество получившуюся при этом энергию. В термосферу натрий попадает из метеоритной пыли.

Внимательный зритель может заметить на второй фотографии еще и красную полосу, находящуюся над зеленой. Это излучает возбужденный гидроксил-радикал OH, образующийся при реакции озона с атомарным водородом.

Не надо путать airglow с северным сиянием. В северном сиянии конечными излучателями работают возбужденные атомы тех же элементов, чаще всего кислорода (оттого и цвета похожи), но источником энергии служат не химические реакции, а быстрые частицы, выпадающие из радиационных поясов Земли.
Северное сияние и airglow на одной фотографии. Airglow слабее и однородно по яркости

Так же не надо путать nighttime airglow (про которое речь выше) с daytime airglow – это когда атомы возбуждаются напрямую солнечным светом. В некоторых научно-популярных текстах объясняют nighttime airglow фосфоресценцией – типа, атомы переходят в возбужденное состояние днем, а потом ночью испускают. Но это неправильное объяснение – атомы возвращаются в основное состояние самое долгое за несколько сот секунд, так что фосфоресценция не может внести никакого вклада в ночное свечение.

Замечу еще, что в обеих википедиях написано несколько расплывчатое утверждение, из которого можно счесть, что основной источник свечения – реакция атомарного кислорода с атомарным азотом с образованием возбужденного оксида азота NO. Такой процесс действительно есть, но оксид азота излучает в инфракрасной области, и невооруженным глазом такое свечение увидеть невозможно. Желающие поправить википедию могут нагуглить АИ по ключевым словам Barth two-step mechanism.
From:
Anonymous( )Anonymous This account has disabled anonymous posting.
OpenID( )OpenID You can comment on this post while signed in with an account from many other sites, once you have confirmed your email address. Sign in using OpenID.
User
Account name:
Password:
If you don't have an account you can create one now.
Subject:
HTML doesn't work in the subject.

Message:

 
Notice: This account is set to log the IP addresses of everyone who comments.
Links will be displayed as unclickable URLs to help prevent spam.
Page generated Jul. 27th, 2017 06:47 pm
Powered by Dreamwidth Studios