Цвета Авроры

Ключом к пониманию этого является запрещенное линейное излучение . Определенные переходы между квантовыми состояниями «запрещены» для наиболее эффективного электрического дипольного механизма. «Правила отбора», определяющие, какие переходы запрещены, а какие разрешены, являются следствием квантово-механической природы переходов.

Если атом (или ион) возбуждается до определенного состояния, то он может распасться до более низкого энергетического состояния либо радиационно (путем испускания фотона), либо может быть девозбужден в результате столкновений. Какая из этих двух вещей произойдет, зависит от (электронной) плотности газа, температуры и радиационного времени жизни возбужденного состояния.

Запрещенный переход имеет (сравнительно) очень большое радиационное время жизни (возможно, целую секунду по сравнению с$10^{-7}$s разрешенного перехода). Это означает, что в большинстве случаев переход не будет происходить излучательным путем — отсюда и термин «запрещенная линия». Если газ достаточно разреженный, например, в верхних слоях атмосферы, то временная шкала девозбуждения при столкновении может стать достаточно длинной, чтобы переход произошел излучательным путем.

Итак, с разными цветами происходит то, что они возникают из-за разных переходов у разных видов, которые соответствуют определенным длинам волн. Конкретные переходы происходят только на определенных высотах в атмосфере, где условия таковы, что (i) вид существует, (ii) верхний уровень перехода возбуждается в достаточном количестве и (iii) комбинация плотность/температура такова. что столкновения редки и не «гасят» излучение запрещенной линии.

Преобладание разных цветов не обязательно связано с сильно различающимися концентрациями кислорода и азота на разных высотах; как зеленое, так и красное полярное сияние вызваны переходами в атомарном кислороде (при 558 нм и 630 нм соответственно). Дело в том, что разные цветовые переходы гасятся на разной высоте в атмосфере. Длина волны 630 нм имеет более длительный срок службы излучения и гасится при более высоких плотностях в нижних слоях атмосферы. С другой стороны, ниже в атмосфере атомарный кислород встречается реже, и переходы в ионизированном (молекулярном) азоте становятся более доминирующими. Они могут быть либо синими, либо красными, опять же, в зависимости от плотности этого конкретного слоя атмосферы, поскольку различные запрещенные переходы возбуждаются и гасятся.

В целом условия для возбуждения и излучения определенного перехода выполняются только в довольно узких, слоистых полосах, которые различны для разных видов/переходов, и это приводит к цветным полосам полярных сияний.

Дальнейшее чтение можно найти здесь .

Да, состав атмосферы меняется с высотой. Хотя$N_2$преобладает на уровне земли, атомарный кислород преобладает между 200-450 км, достигая 85% по объему.

Предоставлено википедией . Атрибуция: Amaurea — собственная работа, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71001656 .

Объяснение того, что разные цвета производятся разными видами, которые доминируют на разных высотах, предлагается веб-страницей, на которую вы ссылаетесь:

Основным фактором, определяющим цвета любого дисплея, является высота, на которой солнечные частицы сталкиваются с нашей атмосферой. На разных высотах и ​​в разных концентрациях преобладают разные газы, и именно столкновение, которое «возбуждает» эти газы, определяет цвет Авроры.