「明亮之夜」謎題得到解釋

回到第一個世紀，科學家、哲學家和報道員都注意到偶然發生的「明亮之夜」，即夜空中出現無法解釋的輝光讓觀察者能看到遠山、讀報紙或者看手錶。

一項新發表在美國地球物理聯合會的地球物理研究快報上的研究利用衛星數據為這一歷史難題提供了一個可能的解釋。

作者認為當高層大氣的波聚集到地球特定位置時，就會放大自然產生的大氣光，即夜空中的微弱光芒，由於高層大氣中氧原子的活動，通常看起來是綠色的。一般來說，人們不會注意到大氣光，但在明亮的夜晚大氣光就會為裸眼所見，產生歷史記述中無法解釋的光芒。

credit: 煎蛋畫師Chon

由於光污染的廣泛存在，如果還有的話，也是很少能觀測到明亮之夜了。不過新研究顯示它們能被科學家檢測到，在偏遠地區可能仍然可以看到。明亮大氣光可以是天文學家的關注點，他們可以在利用望遠鏡觀測時利用這些額外的光亮。

加拿大多倫多約克大學的高層大氣物理學家、研究第一作者Gordon Shepherd說道：「明亮之夜的確存在，這是大氣光的部分變化性，可被衛星搭載設備所觀察到。」

歷史迷題

明亮之夜的歷史記載已經有幾個世紀了。老普林尼描述了明亮之夜，說道：「這一現象常被稱作『夜太陽』，即在晚上天空發光，從C. Caecilius 和Cn. Papirius(約公元前113年)開始就有記錄了。」

歐洲報紙和科學文獻在1783、1908以及1916年也記錄了這些事件的觀測。

Shepherd說道：「歷史記錄非常一致，一直到幾世紀之前，描述都是相似的。」

地球上對明亮之夜的現代觀測實際上不存在。即使是類似Shepherd和他的同事這些忠誠的大氣光研究者也從沒有親眼看到過真正的明亮之夜。但即使是在人造光的出現之前，明亮之夜也是非常少見和高度地域性的。

Shepherd說道：「明亮之夜消失了。沒人看到它，沒人談論它或者記錄它，但它仍然是一個有意思的現象。」

大氣光異常

Shepherd知道這些歷史觀測，並能看到風成像干涉儀(WINDII)的大氣光數據中反映出的明亮之夜事件——NASA的高空大氣研究衛星(1991-2015)曾攜帶的儀器，但他無法解釋這種現象為什麼會發生。

他和共同作者、約克大學的副研究員Youngmin Cho搜尋會導致大氣光在特定區域會增強到可見程度的機制。

大氣光源於高層大氣中化學反應放射出的不同顏色光芒。當來自太陽的光線將氧氣分子分解為單獨的氧原子時，就會產生綠色的光。當氧原子重新結合，他們就會將過多的能量以光子形式放出，形成可見光譜中的綠光，給天空塗上一層綠色色調。

為了找到能導致大氣光峰值和引起明亮之夜的因素，研究者搜索了WINDII的兩年數據，尋找不尋常的大氣光特徵，並利用流星和極光的獨特特徵排除這兩者。他們鑒定了11個事件，在這些事件中WINDII檢測到了大氣光水平的不尋常增大，並且對人眼可見，他們在研究中對其中兩個進行了詳細的描述。

最後，研究者將這些事件與環繞全球的高層大氣中的受天氣影響的帶狀波起落匹配起來。當特定波的峰值重合時，就會在特定區域產生持續數個夜晚的明亮之夜事件。這些事件比一般的大氣光明亮4到10倍，可能也是歷史上觀測到的明亮之夜。

觀測明亮之夜

根據數據，研究者估計在一個特定區域，可見的明亮之夜每年只會發生一次，他們的觀測將依賴於偏遠地區的天空觀察者在一個清晰無月亮的夜晚用適應黑暗的雙眼進行觀察。Shepherd估計大概7%的夜晚有一個明亮之夜會發生在地球上某地，在不同的經度。

如果一名天文學家想經歷一次明亮之夜，Shepherd猜想如果持續監測這些波那麼可以計算出何時峰值才會重合，從而預測何時會發生。

下一個挑戰是通過模型重現觀測到的波聚集，考慮大氣層中其他波的影響。

論文原文：DOI: 10.1002/2017GL074014

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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