夜空中的色彩從何而來

陳若穎

如果有人問你夜空是什么顏色的？你肯定會(huì)說是黑色的！但如果我們到南北極地區(qū)去旅行，就有可能發(fā)現(xiàn)那里的夜空五顏六色。因?yàn)槟抢镉卸嗖实臉O光！極光為什么能把夜空裝扮成彩色的呢？它有什么變色招數(shù)呢？我們一起來探秘吧！

物質(zhì)是由無數(shù)個(gè)原子組成的，而原子又是由一個(gè)原子核和數(shù)個(gè)圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成的。這些電子會(huì)在原子核的引力作用下，按照一定的排列方式，在不同的軌道上圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。因此，軌道越靠近原子核的電子，旋轉(zhuǎn)所需的能量就越小。

電子在每條軌道上旋轉(zhuǎn)所需的能量是固定的，但是當(dāng)原子受到外部刺激時(shí)，某個(gè)位于原子內(nèi)側(cè)軌道的電子吸收到一些能量，就會(huì)“跳”到更高能量的軌道上旋轉(zhuǎn)。但因?yàn)橥鈬能壍啦⒉皇呛芊€(wěn)定，所以它很快又會(huì)“跳”回原來的軌道，并且把多余的能量以一定波長的電磁波形式釋放出來。這種電子吸收或釋放能量的變化就被稱為“電子躍遷”。

不同原子內(nèi)部的軌道數(shù)量及軌道間的能量差都不同，所以電子在躍遷時(shí)，釋放出的電磁波的波長也不同。一個(gè)原子能夠發(fā)射出的各種波長的電磁波又被稱為這個(gè)原子的“發(fā)射光譜”。

有些物質(zhì)在一定條件下，會(huì)發(fā)射一定波長且位于可見光范圍內(nèi)的光譜。當(dāng)這些物質(zhì)在火焰上燃燒時(shí)，其原子中的電子吸收能量后就會(huì)在高能量軌道和低能量軌道間躍遷，并將多余的能量以電磁波的形式釋放出來，形成不同顏色的火焰。根據(jù)火焰的顏色，我們就可以推斷出這種物質(zhì)中含有哪些化學(xué)元素，如鈉燃燒呈黃色、銅燃燒呈綠色、鉀燃燒呈紫色……人們就是利用“焰色反應(yīng)”，才使煙花呈現(xiàn)絢麗的色彩。

極光的色彩

極光為什么能呈現(xiàn)多種顏色呢？沒錯(cuò)，也是基于“電子躍遷”原理。當(dāng)太陽風(fēng)與地球大氣層中的原子摩擦碰撞時(shí)，不同元素的原子受到刺激，其中的電子發(fā)生了躍遷，便釋放出不同顏色的光來。

極光的顏色主要有三種：紅色、綠色、藍(lán)色。由于人眼對紅色不是很敏感，所以只有在太陽活動(dòng)劇烈時(shí)期，地球大氣最外層稀薄的氧原子大量受激發(fā)光，我們才能看到紅色極光。

綠色極光是最常見的，它是太陽風(fēng)到達(dá)地球后，在約100千米～200千米處的高空中和氧原子頻繁碰撞產(chǎn)生的。

只有太陽風(fēng)進(jìn)入地球大氣層，到達(dá)100千米以下，與大氣中的氮原子相互作用，氮原子在離子化后重新獲得一個(gè)電子，才會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色極光。

此外，黃色、粉色等顏色的極光都是上述這三種顏色的極光混合后形成的。

流星的色彩

當(dāng)來自星際空間的塵埃或小顆粒進(jìn)入地球大氣層時(shí)，它們的外層粒子會(huì)與大氣碰撞、摩擦，其中的電子就會(huì)被剝離出原子，然后又在很短的時(shí)間內(nèi)再次被原子核俘獲。這些電子在被俘獲時(shí)，同樣會(huì)傾向于回到較低能量的軌道上，因此，也會(huì)釋放出電磁波。這些不同波長的電磁波，如果屬于可見光波段，就恰好能被我們用肉眼看到，并且在我們的眼中形成不同的色彩。

不同的流星體流速不同，形成流星的溫度也不同。這樣一來，電子會(huì)因溫度的不同而躍遷到不同的軌道上，從而形成不同顏色的流星。不僅如此，流星的溫度很高（4000℃ ～10 000℃），能夠使很多非金屬物質(zhì)受到刺激，發(fā)出不同顏色的光。可以說，流星的顏色體現(xiàn)了流星體的化學(xué)成分和燃燒溫度。

一般而言，最常見的橘色和綠色流星主要源于鈉元素和鎳（niè）元素，藍(lán)綠色流星主要源于鎂元素，紫色流星主要源于鈣元素，紅色流星主要源于硅元素。同時(shí)，大氣中的氧分子也會(huì)在與流星體摩擦燃燒的過程中發(fā)出如極光般的綠色光，形成綠色的流星尾跡。

等等，你可能還想起了一種白色流星！沒錯(cuò)，白色流星比較特殊，它并不是由某種化學(xué)元素形成的，而是任意互補(bǔ)色按一定比例混合而成的。不僅如此，紅、藍(lán)、綠三原色的光混合在一起也能形成白色光。

科學(xué)家們通過對流星（尤其是流星雨）顏色的研究，可以推斷出流星體母體的主要物質(zhì)成分。現(xiàn)在我們了解了“電子躍遷”和“焰色反應(yīng)”，下次再遇到流星時(shí)，你是不是也可以分析一下流星體的物質(zhì)成分了？