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气辉是什么:暗夜星空照片里的绿红波纹从哪来

在真正黑暗的地方拍星空,照片上常会出现一层绿色或红色的波纹,有人当成极光,有人以为是相机噪点。其实那是地球高层大气自己在发光,叫气辉,它也是夜空永远不会全黑的原因之一。

气辉
气辉。图片:Aneta p(裁切/缩放;气辉实拍),CC BY 4.0,来源

白天储存的能量夜里慢慢释放

白天,太阳紫外线把高层大气中的氧分子等拆开,产生各种活跃的原子和分子。到了夜里,这些粒子重新结合或发生化学反应,多出来的能量以光的形式放出。这个过程全球每天每夜都在进行,不需要磁暴,也不局限于高纬度。

最强的成分是氧原子发出的绿光,来自大约 90 到 100 千米高度的一层;氧原子的红光出自更高处;钠原子贡献一点橙黄色;羟基则在近红外波段发出大量辐射,肉眼看不见,部分相机传感器却能记录到。

照片里为什么呈波纹状

气辉层像一层薄薄的发光膜包着地球。从地面往天顶看,视线穿过的发光层很薄;往地平线方向看,视线斜着穿过发光层,路径长得多,所以气辉在离地平线 10 到 20 度的高度最亮,形成一圈围绕地平线的光带。

低层大气中的重力波会向上传到这个高度,把发光层挤出起伏,长曝光照片里就出现了一道道平行条纹或同心波纹。气辉强的夜晚,在海拔高、空气干净的地方,眼睛敏锐的人能察觉到天空背景带着一点灰绿。

和极光怎么区分

极光来自太阳风粒子沿磁力线撞入大气,集中在高纬度,有明显的帘幕、光柱和快速变化。气辉来自大气化学反应,遍布全球,亮度均匀得多,变化也慢,要几分钟到几十分钟才能看出纹理移动。

在中国北方拍到一片低空红光时,可以对照 极光预报 里的 Kp 值:地磁平静却出现红色波纹,大概率是气辉;正值强磁暴,北方又有成片红光,那才更可能是极光。气辉在任何方向都可能出现,中国境内能见到的极光则只在北方。

暗夜天空为什么不是全黑

即便没有月亮、没有光污染,夜空依然有底光。气辉是其中最主要的来源,再加上黄道光、银河里无数暗星的星光以及星际尘埃散射的光。这些叠在一起,决定了地面上能达到的最暗天空极限。

拍星空时天空背景偏绿或偏红、怎么调白平衡都去不干净,常常就是气辉在起作用。遇到这种情况不必强行修掉,适度保留反而说明拍摄地足够黑。想找这样的地方,可以先在 光污染地图 上筛选,再配合 月相日历 选无月的夜晚。

常见问题

气辉和太阳活动有关系吗?

有一定关系。太阳活动高峰期紫外辐射更强,高层大气获得的能量多,气辉整体会更亮一些。不过它不像极光那样依赖磁暴,太阳平静的年份也能拍到。

肉眼能看到气辉吗?

气辉强的夜晚,在极暗的地方肉眼可以察觉到天空背景带一点灰绿,靠近地平线更明显,但很难看出颜色和波纹。照片里鲜艳的绿色和红色主要是长曝光积累的结果。

怎样才能拍到气辉?

选无月、远离城市的地点,用广角镜头,ISO 3200 左右,曝光 20 到 30 秒。镜头朝向离地平线 10 到 30 度的天空最容易拍到条纹,海拔高、空气干燥的地方效果更好。