气辉 基本定义与现象观察 气辉是地球高层大气（约80公里至600公里高度）中一种微弱、弥漫且基本均匀的发光现象。它不同于极光（集中在极区、具有结构且由高能粒子直接轰击激发），气辉在全球各地、任何季节的夜晚都可能出现，是整个大气层的微弱自发光。其亮度非常低，通常肉眼在极佳条件下仅能勉强感知为一片模糊的背景光，远弱于银河。 物理区域与分层 气辉主要发生在中间层和热层，并根据其发生的主要高度层和激发机制的不同，通常分为三个主要层次： 中层气辉 ：发生在约80-100公里高度，主要与氢氧自由基的化学反应有关。 钠层气辉 ：发生在约90-100公里高度，由中层顶区域存在的微量中性钠原子被特定波长的太阳光激发或通过化学反应激发产生。 热层气辉 ：发生在100公里以上的热层，主要由原子氧和分子氮等成分的激发和辐射产生。 核心激发机制 气辉发光的根本能量来源是太阳的紫外和极紫外辐射。其激发过程主要分为两类，而非极光依赖的粒子直接撞击： 光化学发光 ：这是最主要机制。白天，太阳辐射将高层大气中的分子（如氧分子、氮分子）光解为原子（如氧原子）或激发态粒子，并驱动一系列复杂的化学反应（如氧原子的三体复合反应），这些反应中释放的能量以光子的形式辐射出来，形成气辉。部分反应产物在夜间仍持续发光。 共振散射发光 ：大气中的某些原子（如钠原子）能够吸收特定波长的太阳辐射（如589纳米）后，立即再发射出相同波长的光子。白天的共振散射形成“日光气辉”，夜间的共振散射（对太阳光的间接散射）是夜气辉的一部分。 光谱特征与颜色 气辉的光谱包含许多离散的发射谱线或谱带，对应不同原子和分子的特定能级跃迁。主要的发光成分和对应颜色包括： 原子氧绿线 （557.7纳米）：来自约100公里高度的氧原子跃迁，是夜气辉中最常见的可见光成分，呈黄绿色。 原子氧红线 （630.0和636.4纳米）：来自约200-300公里高度的氧原子跃迁，呈暗红色。 羟基分子发射带 ：主要在近红外波段，由中层（~85公里）氢氧自由基的振动-转动跃迁产生，是中层气辉的主要贡献者。 钠D双线 （589.0和589.6纳米）：呈黄色，来自中层顶钠原子的共振散射。 分子氮带系 ：主要在紫外和紫光波段。 日变化与影响因素 气辉的强度和高度分布具有显著的日变化： 夜气辉 ：强度相对稳定但较弱，主要由白天储存的化学能通过夜间持续的化学反应释放（如氧原子复合）。 曙暮气辉 ：在日出前和日落后一段时间内，气辉强度会出现一个显著的峰值，这是因为此时观测者所在高度的大气已进入黑夜，但更高层的大气仍被阳光照射，光化学反应剧烈，并向下方黑暗区域辐射。 日光气辉 ：发生在白天，主要由共振散射和光激发产生，强度最强，但被强烈的太阳背景光淹没，难以直接观测。 科学意义与应用 研究气辉不仅有助于理解高层大气的成分、结构、温度和动力学（如波动、潮汐），还作为一种重要的被动探测工具： 大气遥感 ：通过测量气辉的强度、高度分布和光谱，可以反演高层大气的密度、温度、风场和化学成分。 空间环境监测 ：气辉特征的变化可以反映太阳活动、地磁活动对高层大气的影响。 辅助天文观测 ：气辉是天文观测中的背景噪声源之一，理解其特性有助于提高地面和临近空间天文观测的数据质量。 行星比较 ：类似的气辉现象也存在于其他拥有大气的行星（如金星、火星），研究地球气辉为理解其他行星的高层大气提供了重要参考。