科普圖鑑多彩的天空

知識 05-02

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作者：王錚

中國科學院國家空間科學中心

空間天氣學國家重點實驗室

在很多人眼裡，天空是蔚藍的，天空之上的太空是漆黑的。

天為什麼是藍色的？因為空氣的分子對光進行散射，藍色的光比較容易散射，進到我們眼睛裡讓我們看到的是藍色天空。太空不發光、不反光，看上去是黑色的。

藍色的天空，黑色的太空，沒有嚴格分界

我們平時說的天空，漂浮著白雲，發生著風雨雷電，可以說多姿多彩。其高度大多指的是地面向上10公里以內。空氣越往上越稀薄，與太空沒有嚴格的分界。一般人為定義100公里高為太空起始。

藍色的天空、白色的雲、紅色的霞

天空中其實一直發生著絢麗的、五彩繽紛的光，不過很多被太陽光遮掩，沒有被我們注意。

霞光我們當然都熟悉了，它是日出或日落前後、太陽方向大氣中懸浮顆粒物（塵埃、冰晶、水滴等雜質）對陽光的折射、散射和選擇性吸收形成的。

日出或日落前後燦爛的霞光

太陽周圍一圈模糊並且帶有色彩的太陽暈也是低空現象，是陽光經過卷層雲時受到冰晶的折射或反射而形成的。同理月暈。

太陽暈

月暈

雨後空氣中的水滴折射折射及反射太陽光，就有了彩虹。

彩虹

在地震發生時，受震動波及的區域上空有可能出現「地光」（也叫地震光），其原因並無定論；它的高度很低，接近地面；紅、紫、白、黃、綠、藍白色都有。

地震時可能會出現地光

極光是宇宙來的高能粒子進入極區高層大氣與大氣粒子作用產生的發光現象，大多數極光出現在南北極附近的90-130公里高度處。

從地面看的極光

從太空中向下看的極光

「斯蒂夫」STEVE是最近兩年提出的一個新概念，是一種紫色或綠色的光帶，一開始被識別為極光，但科學家認為它有它自己的一些特徵。「斯蒂夫」比極光的緯度低，一般是東西向延展的窄帶。

「斯蒂夫」STEVE

氣輝出現在大約100-160公里高，是大氣某些成分受太陽光照射後在光化學過程中所放射的微弱光輝。從太空中看它就像地球的一個發光的圈層，像是給地球「描了個邊」。

地球有個發光的「輪廓」也就是氣輝

氣輝是遠處的輪廓，極光是中間很亮的綠色光帶

閃電也是我們熟悉的，明亮，猙獰，轉瞬即逝。

閃電

在高空也有一些放電現象，也為天空增加明亮的色彩。下圖是一些放電現象和它們的高度（右側為高度公里）。

一些放電現象和它們的高度（右側為高度公里）

其中，紅色精靈，是伴隨著雷雨所產生的高空大氣放電現象，通常發生在雷雨云云層頂向上離地面約30到90公里的高空，上半部是紅色，底部則漸漸轉變為藍色，寬度約在5到10公里內，可持續約10到100毫秒，如同閃電般轉瞬即逝。另外還有「淘氣精靈」，也是發生在雲對地閃電之後的紅色的放電，但發光的時間更短，通常只持續千分之一秒。