Khoa học

Các màu sắc của cực quang

61

Tuần trước, một ngọn lửa mặt trời khổng lồ đã gửi một làn sóng các hạt năng lượng từ Mặt trời tràn vào không gian. Cuối tuần qua, làn sóng đã đến Trái đất và mọi người trên khắp thế giới được thưởng thức cảnh tượng Cực quang sống động khác thường ở cả hai bán cầu. Cực quang được gây ra bởi các hạt hạ nguyên tử tích điện (chủ yếu là electron) lao vào bầu khí quyển Trái đất.

Hầu hết bầu khí quyển của chúng ta được bảo vệ khỏi dòng hạt tích điện bởi từ trường Trái đất. Nhưng ở gần các cực, chúng có thể lẻn vào và tàn phá.

Ánh sáng cực tím từ Mặt trời cũng gây ra điều này và các nguyên tử oxy được tạo ra có thể phản ứng với các phân tử O₂ để tạo ra ozone (O₃), phân tử bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ UV có hại.

Tuy nhiên, trong trường hợp Cực quang, các nguyên tử oxy được tạo ra ở trạng thái kích thích. Điều này có nghĩa là các electron của nguyên tử được sắp xếp theo cách không ổn định và có thể “thư giãn” bằng cách tỏa ra năng lượng dưới dạng ánh sáng.

Điều gì tạo nên ánh sáng xanh (PIC3)?

Như bạn thấy trong pháo hoa, các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau tạo ra các màu ánh sáng khác nhau khi được cấp năng lượng. Đồng cho ánh sáng xanh lam, bari có màu xanh lục, nguyên tử natri tạo ra màu vàng cam. Những phát thải này được “cho phép” theo các quy luật của cơ học lượng tử, nghĩa là chúng diễn ra rất nhanh.

Tuy nhiên, ở Cực quang, nhiều nguyên tử oxy được tạo ra ở trạng thái kích thích mà không có cách nào “được phép” thư giãn bằng cách phát ra ánh sáng. Tuy nhiên, thiên nhiên luôn tìm ra cách.

Ánh sáng xanh chiếm ưu thế trong Cực quang được phát ra bởi các nguyên tử oxy thư giãn từ trạng thái gọi là “¹S” đến trạng thái gọi là “¹D”. Đây là một quá trình tương đối chậm, trung bình mất gần như toàn bộ giây.

Điều gì tạo nên đèn đỏ (PIC4)?

Ánh sáng xanh xuất phát từ cái gọi là quá trình chuyển đổi “bị cấm”, xảy ra khi một electron trong nguyên tử oxy thực hiện một bước nhảy vọt khó có thể xảy ra từ mô hình quỹ đạo này sang mô hình quỹ đạo khác. Tuy nhiên, ngay cả sau khi phát ra photon màu lục, nguyên tử oxy vẫn ở một trạng thái kích thích khác và không được phép thư giãn. Lối thoát duy nhất là thông qua một quá trình chuyển đổi bị cấm khác, từ trạng thái ¹D sang ³P – phát ra ánh sáng đỏ.

Ngoài ra, vì có một lượng oxy nhỏ ở trên đó nên ánh sáng đỏ có xu hướng chỉ xuất hiện ở những cực quang cường độ cao – giống như những cực quang mà chúng ta vừa có. Trong khi cả hai đều bắt nguồn từ sự thư giãn bị cấm của các nguyên tử oxy, ánh sáng đỏ phát ra chậm hơn nhiều và có khả năng bị dập tắt cao hơn do va chạm với các nguyên tử khác ở độ cao thấp hơn.

Các màu khác và lý do máy ảnh nhìn thấy chúng rõ hơn (PIC5)

Ngoài ra còn có các màu khác. Đặc biệt, các phân tử nitơ bị ion hóa có thể phát ra ánh sáng xanh/đỏ. Tạo ra màu đỏ tươi ở độ cao thấp. Tất cả những màu sắc này đều có thể nhìn thấy được bằng mắt thường nếu Cực quang đủ sáng. Tuy nhiên, chúng xuất hiện với cường độ mạnh hơn trong ống kính máy ảnh.

-Thứ nhất, máy ảnh có lợi thế về khả năng phơi sáng lâu, chúng có thể dành nhiều thời gian thu thập ánh sáng để tạo ra hình ảnh hơn mắt chúng ta.-

Thứ hai, cảm biến màu trong mắt chúng ta không hoạt động tốt trong bóng tối. Máy ảnh không có giới hạn này.

Tuy nhiên, đừng lo lắng. Khi Aurora đủ sáng, màu sắc có thể nhìn thấy rõ ràng bằng mắt thường.

Image preview

Image preview

Image preview

No alt text provided for this image

No alt text provided for this image

(St.)

0 ( 0 bình chọn )

NGUYỄN QUANG HƯNG BLOG

https://nguyenquanghung.net
Kỹ sư cơ khí, hiện đang làm việc trong nghành chế tạo, cung cấp, lắp đặt thiết bị, hệ thống.

Ý kiến bạn đọc (0)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *