就在不久前，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了神舟十二號航天員在軌拍攝的照片，很多人注意到一個細節(jié)——地球外面竟然有一層發(fā)光的邊界,。

這是大氣層嗎,？夜空中的大氣層，為什么會是“亮”的呢？發(fā)光的這層又是在哪一高度？發(fā)光原理是什么？

這些問題的答案都指向一個詞——氣輝,，一種大氣發(fā)光現(xiàn)象。

為什么會有這樣的現(xiàn)象呢,？讓我們從抬頭仰望星空的一個細節(jié)說起,。

當人們在遠離城市燈光的野外，甚至是空氣稀薄的高原欣賞純凈的夜空時,，如果把目光放在星星之間的“空隙”,，可以感覺到?jīng)]有星星的區(qū)域仍然不是直覺上該有的純黑,，即使用望遠鏡觀察，暗星和暗星之間的“空隙”仍然有些許明亮,，好像我們看到的夜空中有一個微弱發(fā)光的背景,，這就是氣輝（地球高層大氣的微弱發(fā)光現(xiàn)象）。

在可見光波段,，最明亮的氣輝是高層大氣氧原子發(fā)出的557.7納米的綠色光,，亮度稍弱的是鈉原子發(fā)出的589.0納米/589.6納米的黃綠色光。這個顏色的大氣發(fā)光現(xiàn)象,，很容易讓人聯(lián)想到極光,。但事實上，二者在分布,、形態(tài)和原理上都有著顯著的不同,。

從空間分布上看，極光幾乎只存在于高緯度靠近地球磁極的一圈,，鮮有出現(xiàn)在低緯度區(qū)域,，而且形態(tài)清晰,、變化迅速,；反觀氣輝，則是一圈完整的發(fā)光球包裹在整個地球外面,，近乎于均勻分布,，鮮有結構特征。這些不同,，均源于它們發(fā)光原理的差異,。

極光的出現(xiàn)，來源于太陽風中高能粒子對大氣分子和原子的轟擊,，微觀粒子變成激發(fā)態(tài),，隨后通過回到基態(tài)的過程釋放特定能量而發(fā)光，化學上可被歸類為“熒光”,。氣輝的產生,，則源于高層大氣的紫外激發(fā)，這些紫外線有的直接來源于太陽光,，更多的是高層大氣中其他原子或離子受太陽光激發(fā)后產生的次級激發(fā),。這類激發(fā)現(xiàn)象在稀薄的高層大氣中，可以存在數(shù)分鐘到數(shù)小時,，因此地球的夜半球,，就有了能持續(xù)整夜發(fā)光的氣輝，化學上可稱其為“磷光”,。

氣輝不僅整夜可見,，而且分布于整個夜半球,。跟隨地球自轉和高層大氣流動，粒子們運動到太陽照射的地方產生一定比例的紫外激發(fā),，隨后運動到夜半球,，有些還在激發(fā)態(tài)的粒子就可能在某個時間回到基態(tài)而發(fā)光。這種發(fā)光沒有地理位置的偏好,，只有日夜的不同,，因此氣輝可以出現(xiàn)在整個大氣層。相比之下,，極光的產生和消失是瞬時的,，大氣粒子受到來自太陽的高能粒子轟擊，即刻發(fā)光,。而地球的磁場強烈地約束了這些通常帶電的高能粒子,，使它們只會來到地球南北磁極附近的高緯度地區(qū)，因此除了少有的太陽劇烈活動期,，只有南北磁極附近才可能看到極光,。

了解了極光和氣輝的原理后，我們可以發(fā)現(xiàn)二者均只能出現(xiàn)在稀薄的高層大氣,。因為如果靠近地表,，假設有氧原子被激發(fā)，它很快就會和旁邊的原子或者分子碰撞,，把能量釋放掉,；只有空氣密度足夠稀薄時，原子們被激發(fā)后才能安全地自由熱運動,，直到自己發(fā)光釋放能量回到基態(tài),。自地表向上，這個足夠稀薄的位置就出現(xiàn)在100千米左右的高度,。繼續(xù)向上,，原子們同樣也能如此發(fā)光，但是由于空氣密度更稀薄,，看到的光也更弱,。因此最明顯的發(fā)光就集中在100千米左右的高空，剛好和傳統(tǒng)上對太空定義的100千米“卡門線”相當,。

此外,，氧原子還有其他能級的激發(fā)，例如需要更長時間才能回到基態(tài)的一種紅色發(fā)光,，需要更高層大氣的更低密度環(huán)境,，這就形成了在距地表150—300千米一層較弱較彌散的紅色氣輝層，相比100千米的綠色氣輝層，紅色氣輝層需要更多的曝光積累才可察覺,，或者需要強烈的太陽活動打“配合”,。

最后，回到神舟十二號航天員在軌拍攝的照片,，航天員從太空中拍攝的地球,，氣輝作為一層薄薄的微弱發(fā)光層包裹在距地表100千米高度的地方。這一層發(fā)光的邊界,，正是地球上觀察夜空時最主要的背景光,。