You are currently viewing ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΦΩΤΑΥΓΕΙΑ (AIRGLOW) – ΑΜΥΔΡΗ ΕΚΠΟΜΠΗ ΦΩΤΟΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΦΩΤΑΥΓΕΙΑ (AIRGLOW) – ΑΜΥΔΡΗ ΕΚΠΟΜΠΗ ΦΩΤΟΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

Έχετε παρατηρήσει μία χαρακτηριστική πράσινη γραμμή στον ορίζοντα στις φωτογραφίες της Γης από το διάστημα; Είναι το φως που εκπέμπουν διεγερμένα άτομα στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Το πράσινο χρώμα προέρχεται από άτομα οξυγόνου και υπάρχουν και άλλα χρώματα. Μα ρίξτε πρώτα μια ματιά στη λεπτομέρεια της φωτογραφίας – τον αστροναύτη που κοιτάζει από το παράθυρο του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού.

Η πράσινη γραμμή σηματοδοτεί το όριο από όπου ξεκινά το διάστημα. Πιο κάτω βρίσκεται το στρώμα αέρα που περιβάλει τον πλανήτη μας, η Ατμόσφαιρα.

Ποιο είναι το πάχος αυτού του προστατευτικού στρώματος; Περί τα 100 km. Πολύ κοντά πάνω από το κεφάλι μας, με άλλα λόγια: “Το διάστημα δεν είναι καθόλου μακριά. Είναι μια ώρα δρόμος με το αυτοκίνητο, αν οδηγείς προς τα πάνω” (Sir Fred Hoyle, Βρετανός αστρονόμος). Image Credit: NASA, Expedition 28

Τι προκαλεί άτομα στην ατμόσφαιρά μας να εκπέμπουν φως; Η Ατμοσφαιρική Φωταύγεια προκαλείται όταν άτομα ή μόρια στην ανώτερη ατμόσφαιρα, διεγερμένα από έντονη υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο, εκπέμπουν φως για να διώξουν την επιπλέον ενέργεια. Μια άλλη αιτία είναι η χημειοφωταύγεια, όταν διεγερμένα άτομα και μόρια συγκρούονται και αντιδρούν χημικά εκπέμποντας φως σε αυτή τη διαδικασία.

Η Ατμοσφαιρική Φωταύγεια παρατηρείται σε διάφορα χρώματα και υψόμετρα. Δείτε το πράσινο, κόκκινο, κίτρινο και μπλε χρώμα στο παρακάτω βίντεο.

Time-Lapse του ορίζοντα της Γης από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Δείτε τα διάφορα χρώματα της ατμοσφαιρικής φωταύγειας – πράσινο, κόκκινο, κίτρινο, μπλε.

Ας προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τι προκαλεί την εκπομπή του κάθε χρώματος.

Η κύρια επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου στην ανώτερη ατμόσφαιρα είναι η διάσπαση των μορίων οξυγόνου (O2: δύο άτομα οξυγόνου που συνδέονται μεταξύ τους). Η ενέργεια διασπά τα μόρια σε μεμονωμένα άτομα και τα άτομα αυτά έχουν λίγη επιπλέον ενέργεια – λέμε ότι είναι διεγερμένα. Τα διεγερμένα άτομα θέλουν να ξεφορτωθούν την επιπλέον ενέργεια και μπορούν να το κάνουν αυτό με δύο τρόπους: είτε εκπέμποντας φως, είτε χάνοντας την ενέργειά τους μέσω συγκρούσεων με άλλα άτομα και μόρια.

Ένα άτομο οξυγόνου, αν παραμείνει σε ησυχία, μπορεί να χάσει την επιπλέον ενέργεια εκπέμποντας πράσινο φως σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο από όταν διεγερθεί. Ή εκπέμποντας κόκκινο φως μα μετά από πολύ περισσότερο χρόνο, τάξης μεγέθους των λεπτών της ώρας.

Μέχρι τα 95 km η ατμόσφαιρα είναι αρκετά πυκνή ώστε να πραγματοποιούνται συνεχώς συγκρούσεις μεταξύ των ατόμων (σε μικροδευτερόλεπτα (μs)). Οπότε τα διεγερμένα άτομα του οξυγόνου δεν έχουν τον χρόνο να εκπέμψουν φως, γιατί μόλις διεγερθούν μετά από λίγο θα συγκρουστούν με κάποιο άλλο άτομο ή μόριο.

Μα σε υψόμετρα μεταξύ 95 – 100 km οι συγκρούσεις γίνονται λιγότερο συχνά, δίνοντας στο άτομο του οξυγόνου χρόνο να εκπέμψει ένα πράσινο φωτόνιο. Αυτό είναι το υψόμετρο στο οποίο παρατηρούμε την πράσινη ακτινοβολία στις φωτογραφίες από το διάστημα.

Πιο ψηλά τα άτομα του οξυγόνου είναι πιο απομακρυσμένα μεταξύ τους μια και η πυκνότητα είναι όλο και μικρότερη. Έτσι ο χρόνος μεταξύ των συγκρούσεων μπορεί να είναι πολύ μεγάλος, αρκετός ώστε να δώσει στα άτομα του οξυγόνου τη δυνατότητα να εκπέμψουν κόκκινα φωτόνια. Γι ‘αυτό βλέπουμε την κόκκινη ακτινοβολία ψηλότερα, στα 150 – 300 km όπου οι συγκρούσεις είναι τόσο σπάνιες που τα διεγερμένα άτομα έχουν χρόνο να εκπέμψουν την ενέργειά τους στο κόκκινο μέρος του φάσματος.

Η περιοχή της ατμόσφαιρας όπου τα άτομα διεγείρονται από την ηλιακή ακτινοβολία ονομάζεται Ιονόσφαιρα. Η Ιονόσφαιρα εκτείνεται και πέρα από το όριο των 100 km (η πράσινη γραμμή στην πιο κάτω φωτογραφία) στο διάστημα.

Τα διάφορα χρώματα της Ατμοσφαιρικής Φωταύγειας.

Μία λεπτομερή επεξήγηση του φάσματος της ατμοσφαιρικής φωταύγειας θα βρείτε στον ιστοχώρο Atmospheric Optics.

Image Credit: Alex Rivest

Κάτω από την πράσινη γραμμή υπάρχει μία κάπως ποιο ασαφής κίτρινη λάμψη σε ένα στρώμα στα 92 km. Προέρχεται από άτομα νατρίου τα οποία όταν διεγερθούν ακτινοβολούν στο κίτρινο. Η πηγή του νατρίου στην ατμόσφαιρα είναι τα μετέωρα, μικροσκοπικές πέτρες από το διάστημα που καίγονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα αφήνοντας πίσω τους νάτριο.

Μια πιο αχνή μπλε γραμμή βρίσκεται σε υψόμετρο 95 km. Αυτό είναι φως που εκπέμπεται από μοριακό οξυγόνο. Όταν δύο άτομα οξυγόνου ενώνονται ξανά για να σχηματίσουν ένα μόριο Ο2, παραμένει λίγη επιπλέον ενέργεια η οποία εκπέμπεται με ένα μπλε φωτόνιο.

Υπάρχει επίσης ένα λεπτό και αμυδρό κόκκινο στρώμα περί τα 86-87 km από ιόντα υδροξυλίου (ΟΗ) που εκπέμπουν κόκκινο και υπέρυθρο φως. Το υδροξύλιο δημιουργείται όταν άτομα οξυγόνου αντιδρούν χημικά με υδρογόνο και άζωτο στην ατμόσφαιρα (χημειοφωταύγεια). Αυτό μάλλον είναι το κόκκινο φως στις φωτογραφίες της ατμοσφαιρικής φωταύγειας από την επιφάνεια της γης (και όχι το κόκκινο από το διεγερμένο οξυγόνο στα 150-300 km).

Από μια απομακρυσμένη σκοτεινή τοποθεσία, η ατμοσφαιρική φωταύγεια είναι ορατή με γυμνό μάτι, αλλά όχι τα χρώματα. Ευαίσθητες φωτογραφικές μηχανές αποκαλύπτουν το χρώμα και τα απόκοσμα Ατμοσφαιρικά Κύματα Βαρύτητας. Δείτε το link: photo Yuri Beletsky (Carnegie Las Campanas Observatory, TWAN)

Λόγω της ατμοσφαιρικής φωταύγειας ο νυχτερινός ουρανός δεν είναι ποτέ τελείως σκοτεινός. Εάν αφαιρέσουμε τη φωτορύπανση, το φεγγάρι, τα αστέρια και τους γαλαξίες, θα εξακολουθεί να υπάρχει μια πολύ αμυδρή λάμψη. Από μια απομακρυσμένη σκοτεινή τοποθεσία, η ατμοσφαιρική φωταύγεια είναι ορατή με γυμνό μάτι, αλλά όχι τα χρώματα. Ευαίσθητες φωτογραφικές μηχανές αποκαλύπτουν το χρώμα και τα απόκοσμα Ατμοσφαιρικά Κύματα Βαρύτητας, ταλαντώσεις στον αέρα ανάλογες με αυτές που δημιουργούνται όταν ρίχνουμε ένα βότσαλο στη λίμνη. Προκαλούνται από διαταραχές πολύ πιο κάτω, στην τροπόσφαιρα, όπως ροή ανέμου πάνω από οροσειρές ή βίαιες καταιγίδες.

Εδώ μία ακόμη απίθανη φωτογαφία- πολύχρωμη ατμοσφαιρική φωταύγεια πάνω από τις Αζόρες του  Miguel Claro (TWAN)

Η ατμοσφαιρική φωταύγεια είναι παρόμοια με το σέλας, μα το σέλας προκαλείται από υψηλής ενέργειας σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο και περιορίζεται στους πόλους, ενώ η ατμοσφαιρική φωταύγεια παίρνει ενέργεια από τη συνήθη καθημερινή ηλιακή ακτινοβολία και παρατηρείται παντού στην υφήλιο.

Κώστας Σακκάς

Astro Tours Greece

Planetarium on The Go

Φέρνουμε τον έναστρο ουρανό σε εσάς!