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为什么极光的颜色不同?

时间:2024-05-14来源:网络作者:小白

(神秘的地球uux.cn)据美国生活科学网站(蒂莫西·施密特):上周,一次巨大的太阳耀斑将一股来自太阳的高能粒子从太空中喷涌而出。周末,海浪到达地球,世界各地的人们都欣赏到了两个半球异常生动的极光。


虽然极光通常只在两极附近可见,但本周末,它被发现时南至北半球的夏威夷,北至南部的麦凯。


这种壮观的极光活动高峰似乎已经结束,但如果你错过了,不要担心。太阳正接近其11年太阳黑子周期的峰值,强烈的极光可能会在未来一年左右再次出现。


如果你看到了极光,或者任何一张照片,你可能会想知道到底发生了什么。是什么让极光发光,以及不同的颜色?答案是关于原子,它们是如何被激发的,以及它们是如何放松的。


当电子与大气相遇时


极光是由带电的亚原子粒子(主要是电子)撞击地球大气层引起的。这些物质一直都是从太阳发出的,但在太阳活动更大的时候会有更多。


地球磁场保护我们大气层的大部分免受带电粒子的涌入。但在两极附近,它们可以潜入并造成严重破坏。


地球大气层中约有20%的氧气和80%的氮气,还有一些微量的其他物质,如水、二氧化碳(0.04%)和氩气。


为什么极光的颜色不同?


2024年5月的极光也出现在意大利北部的艾米利亚-罗马涅地区。CC BY-NC-SA(图片来源:uux.cn/Luca Argalia/Flickr)


当高速电子撞击高层大气中的氧分子时,它们会分裂氧分子(O₂) 转化为单个原子。来自太阳的紫外线也能做到这一点,产生的氧原子可以与O反应₂ 产生臭氧的分子(O₃), 保护我们免受有害紫外线辐射的分子。


但是,在极光的情况下,产生的氧原子处于激发态。这意味着原子的电子以不稳定的方式排列,可以通过以光的形式释放能量来“弛豫”。


什么使绿光亮起?


正如你在烟花中看到的那样,不同元素的原子在通电时会产生不同颜色的光。


铜原子发出蓝光,钡原子发出绿光,钠原子发出黄橙色,这在老式路灯中也可以看到。这些发射是量子力学规则“允许”的,这意味着它们发生得非常快。


当钠原子处于激发态时,它只在那里停留约170亿分之一秒,然后发射出一个黄色-橙色的光子。


但是,在极光中,许多氧原子是在激发态产生的,没有“允许”的发光方式来放松。然而,大自然找到了一条路。


为什么极光的颜色不同?


2024年5月11日,从塔斯马尼亚州的奥特兰可以看到澳大利亚极光。(图片来源:uux.cn/AAP Image/Ithan James)


主导极光的绿光是由氧原子发出的,氧原子从一种称为“S”的状态松弛到一种称“D”的状态。这是一个相对缓慢的过程,平均需要将近一整秒钟的时间。


事实上,这种转变非常缓慢,通常不会在我们在地面看到的那种气压下发生,因为被激发的原子在有机会发出可爱的绿色光子之前,会因为撞到另一个原子而失去能量。但在大气的上游,空气压力较低,因此氧气分子较少,它们在相互碰撞之前有更多的时间,因此有机会释放光子。


因此,科学家们花了很长时间才发现极光的绿光来自氧原子。钠的黄橙色发光在19世纪60年代就已经为人所知,但直到20世纪20年代,加拿大科学家才发现极光的绿色是由氧气引起的。


红光是什么造成的?


绿光来自所谓的“被禁止”跃迁,当氧原子中的电子从一种轨道模式跳到另一种轨道时,就会发生这种跃迁。(禁止的转换比允许的转换可能性小得多,这意味着它们需要更长的时间才能发生。)


然而,即使在发出绿色光子后,氧原子也会发现自己处于另一种不允许弛豫的激发态。唯一的逃生途径是通过另一种被禁止的过渡,即从?D状态到?P状态,后者会发出红光。


可以说,这种转变更是被禁止的,而且在它最终打破规则并发出红灯之前,D状态必须存活大约两分钟。由于需要很长时间,红光只出现在高海拔地区,在那里与其他原子和分子的碰撞很少。


此外,由于那里有如此少量的氧气,红光往往只出现在强烈的极光中——就像我们刚刚经历的那样。


这就是为什么红光出现在绿光之上的原因。虽然它们都起源于氧原子被禁止的弛豫,但红光的发射速度要慢得多,在较低的海拔高度与其他原子碰撞时被熄灭的几率更高。


其他颜色,以及为什么相机能更好地看到它们


绿色是极光中最常见的颜色,红色是第二常见的颜色。特别是电离的氮分子(N₂⁺, 缺少一个电子并且具有正电荷)可以发射蓝光和红光。这可以在低空产生品红色色调。


如果极光足够明亮,所有这些颜色都是肉眼可见的。然而,它们在相机镜头中显示的强度更大。


这有两个原因。首先,相机具有长曝光的优点,这意味着它们可以比我们的眼睛花更多的时间收集光线来产生图像。因此,他们可以在较暗的条件下拍摄图片。


第二个原因是,我们眼睛中的颜色传感器在黑暗中工作不太好,所以我们在弱光条件下往往会看到黑色和白色。相机没有这个限制。


不过不用担心。当极光足够明亮时,肉眼就能清楚地看到极光的颜色。

生肖羊:温顺外表下的坚韧传奇

在生肖的神秘序列里,羊,总是以一种温顺、柔弱的形象示人。然而,其背后所蕴藏的故事与力量,却远超人们的想象。 传说在远古时代,人间尚未有五谷丰登之盛景,人们过着茹毛饮血、饥寒交迫的生活。有一只神羊,心怀慈悲,不忍见人类受苦。它不顾天庭禁令,偷偷下凡,来到人间。神羊周身洁白如雪,双角散发着柔和的光芒,眼神中透着坚定与善良。它将天庭的五谷种子衔于口中,带到了人间,并教会人们如何耕种、收获。从此,人间有了粮食,人们得以饱腹,逐渐走向繁荣。然而,神羊却因触犯天条,被天帝惩罚,永远留在了人间。人们为了纪念神羊的功绩,便将羊纳入生肖之中,尊其为善良与奉献的象征。 随着时间的推移,羊在人类的生活里扮演着不可或缺的角色。在广袤的草原上,牧羊人驱赶着羊群,羊儿们如同天空中飘落的云朵,在绿草地上缓缓移动。它们吃着青草,产出羊毛,人们用羊毛编织衣物,抵御寒冬。羊的温顺使它成为了人类最易驯养的家畜之一,但这温顺并不代表懦弱。 在历史的长河中,有许多以羊为图腾的部落。这些部落的人们,敬仰羊的温顺、善良与团结,他们以羊的品质为准则,构建自己的部落文化。在战争年代,羊图腾部落虽不崇尚武力侵略,但当家园受到威胁时,族人们也会像羊儿守护羊群一样,团结起来,奋起抵抗。他们凭借着坚韧不拔的意志和巧妙的战术,守护着自己的土地与信仰。 有一个古老的羊族部落,曾遭遇强大外敌的入侵。面对来势汹汹的敌人,部落的勇士们并没有退缩。他们像羊儿在悬崖峭壁间行走般,小心翼翼却又坚定地布置防御。部落中的老弱妇孺,也都力所能及地贡献力量,就如同羊群在迁徙时,相互照顾,不离不弃。战斗持续了数月之久,羊族部落虽损失惨重,但他们始终坚守。最终,敌人被他们的顽强所打动,选择了和解。这场战争,让人们看到了羊背后隐藏的力量——在温顺之下的坚韧、团结与牺牲精神。 在文化的世界里,羊也留下了深刻的印记。从古老的岩画中,我们可以看到羊的形象,那简单而生动的线条,勾勒出羊在古人心中的重要地位。在诗词歌赋里,羊也常常被提及,“天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊”,描绘出一幅草原上羊儿成群的壮美画卷,羊成为了田园生活与宁静美好的象征。 生肖羊,它不仅仅是一种生肖,更是一种文化的载体,一种精神的象征。它用自己的一生,诠释着温顺与坚韧并非矛盾,善良与力量可以并存。它在人类历史的舞台上,默默地演绎着自己的传奇,留下了一串串深刻而动人的脚印,让后人在岁月的尘埃中,依然能够清晰地追寻它的故事,感受它那独特而持久的魅力。

属蛇人的命运密码:出生在这几个月,福气冲天腾飞时

属蛇人的命运密码:出生在这几个月,福气冲天腾飞时,你是否身在其中? 在中国传统文化里,生肖属相一直是人们津津乐道的话题,尤其是关于不同属相的人在不同月份出生时所携带的独特命运密码,更是让人充满了好奇和期待。今天,咱们就来聊聊属蛇人的那些事儿,特别是那些出生在某些特定月份的属蛇人,他们的福气简直像插上了翅膀,准备一飞冲天!快来看看,你是不是也在其中呢? 春日里的灵动之蛇:正月出生的属蛇人 正月,春风拂面,万物复苏。这个时候出生的属蛇人,就像是春天里的一抹嫩绿,充满了生机和活力。他们天生聪明伶俐,思维敏捷,就像是蛇儿在草丛中灵活穿梭,总能在生活的各个角落找到属于自己的机遇。正月属蛇人不仅智慧过人,还特别懂得察言观色,人际交往能力一流,因此总能在人群中脱颖而出,成为焦点。 盛夏的热情之蛇:五月出生的属蛇人 转眼到了五月,盛夏的热烈气息扑面而来。这个时候出生的属蛇人,热情如火,激情四溢。他们就像夏天的阳光,明媚而耀眼,总能给周围的人带来温暖和活力。五月属蛇人有着不凡的领导力和执行力,他们敢于冒险,敢于追求梦想,即便是面对困难和挑战,也从不轻言放弃。在他们的世界里,没有什么是不可能的,只要心中有梦,脚下就有路。 金秋的收获之蛇:八月出生的属蛇人 八月,秋高气爽,硕果累累。这个时候出生的属蛇人,就像秋天里的果实,经过春的播种、夏的耕耘,终于迎来了丰收的季节。他们天生就有着敏锐的商业嗅觉和独到的投资眼光,总能在市场变化中捕捉到先机,从而收获满满。八月属蛇人不仅财运亨通,还特别懂得感恩和分享,他们愿意将自己的成功经验和财富与周围的人一起分享,共同创造更加美好的未来。 寒冬的坚韧之蛇:十二月出生的属蛇人 冬日的寒风虽冷,却也孕育着新的希望。十二月出生的属蛇人,就像是冬日里的松柏,坚韧不拔,不畏严寒。他们有着顽强的意志力和毅力,无论面对多大的困难和挑战,都能咬牙坚持下来,直到迎来胜利的曙光。十二月属蛇人不仅性格刚毅,还特别注重细节和规划,他们善于从细微之处入手,为自己的未来打下坚实的基础。 总结:福气冲天,你我同在 看完了以上几个月份出生的属蛇人的命运密码,你是不是也感受到了那份来自命运的神秘力量呢?其实,无论我们出生在哪个月份,属于哪个生肖,命运都掌握在自己手中。关键在于我们是否愿意付出努力,是否敢于面对挑战,是否懂得珍惜和把握生活中的每一个机遇。 属蛇的你,或许正站在命运的转折点上,准备迎接属于自己的腾飞时刻。记住,福气不会从天而降,它需要我们去追寻、去创造。所以,让我们一起加油吧!用智慧和勇气去书写属于自己的精彩人生,让福气在我们的努力下,真正冲天而起,腾飞万里! 最后,我想说,如果你也是属蛇人,或者你身边有属蛇的朋友,不妨分享这篇文章给他们,一起聊聊属蛇人的那些事儿,说不定还能从中发现更多有趣的秘密呢!
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