夜空中的色彩从何而来

陈若颖

如果有人问你夜空是什么颜色的？你肯定会说是黑色的！但如果我们到南北极地区去旅行，就有可能发现那里的夜空五颜六色。因为那里有多彩的极光！极光为什么能把夜空装扮成彩色的呢？它有什么变色招数呢？我们一起来探秘吧！

物质是由无数个原子组成的，而原子又是由一个原子核和数个围绕原子核旋转的电子构成的。这些电子会在原子核的引力作用下，按照一定的排列方式，在不同的轨道上围绕原子核旋转。因此，轨道越靠近原子核的电子，旋转所需的能量就越小。

电子在每条轨道上旋转所需的能量是固定的，但是当原子受到外部刺激时，某个位于原子内侧轨道的电子吸收到一些能量，就会“跳”到更高能量的轨道上旋转。但因为外围的轨道并不是很稳定，所以它很快又会“跳”回原来的轨道，并且把多余的能量以一定波长的电磁波形式释放出来。这种电子吸收或释放能量的变化就被称为“电子跃迁”。

不同原子内部的轨道数量及轨道间的能量差都不同，所以电子在跃迁时，释放出的电磁波的波长也不同。一个原子能够发射出的各种波长的电磁波又被称为这个原子的“发射光谱”。

有些物质在一定条件下，会发射一定波长且位于可见光范围内的光谱。当这些物质在火焰上燃烧时，其原子中的电子吸收能量后就会在高能量轨道和低能量轨道间跃迁，并将多余的能量以电磁波的形式释放出来，形成不同颜色的火焰。根据火焰的颜色，我们就可以推断出这种物质中含有哪些化学元素，如钠燃烧呈黄色、铜燃烧呈绿色、钾燃烧呈紫色……人们就是利用“焰色反应”，才使烟花呈现绚丽的色彩。

极光的色彩

极光为什么能呈现多种颜色呢？没错，也是基于“电子跃迁”原理。当太阳风与地球大气层中的原子摩擦碰撞时，不同元素的原子受到刺激，其中的电子发生了跃迁，便释放出不同颜色的光来。

极光的颜色主要有三种：红色、绿色、蓝色。由于人眼对红色不是很敏感，所以只有在太阳活动剧烈时期，地球大气最外层稀薄的氧原子大量受激发光，我们才能看到红色极光。

绿色极光是最常见的，它是太阳风到达地球后，在约100千米～200千米处的高空中和氧原子频繁碰撞产生的。

只有太阳风进入地球大气层，到达100千米以下，与大气中的氮原子相互作用，氮原子在离子化后重新获得一个电子，才会产生蓝色极光。

此外，黄色、粉色等颜色的极光都是上述这三种颜色的极光混合后形成的。

流星的色彩

当来自星际空间的尘埃或小颗粒进入地球大气层时，它们的外层粒子会与大气碰撞、摩擦，其中的电子就会被剥离出原子，然后又在很短的时间内再次被原子核俘获。这些电子在被俘获时，同样会倾向于回到较低能量的轨道上，因此，也会释放出电磁波。这些不同波长的电磁波，如果属于可见光波段，就恰好能被我们用肉眼看到，并且在我们的眼中形成不同的色彩。

不同的流星体流速不同，形成流星的温度也不同。这样一来，电子会因温度的不同而跃迁到不同的轨道上，从而形成不同颜色的流星。不仅如此，流星的温度很高（4000℃ ～10 000℃），能够使很多非金属物质受到刺激，发出不同颜色的光。可以说，流星的颜色体现了流星体的化学成分和燃烧温度。

一般而言，最常见的橘色和绿色流星主要源于钠元素和镍（niè）元素，蓝绿色流星主要源于镁元素，紫色流星主要源于钙元素，红色流星主要源于硅元素。同时，大气中的氧分子也会在与流星体摩擦燃烧的过程中发出如极光般的绿色光，形成绿色的流星尾迹。

等等，你可能还想起了一种白色流星！没错，白色流星比较特殊，它并不是由某种化学元素形成的，而是任意互补色按一定比例混合而成的。不仅如此，红、蓝、绿三原色的光混合在一起也能形成白色光。

科学家们通过对流星（尤其是流星雨）颜色的研究，可以推斷出流星体母体的主要物质成分。现在我们了解了“电子跃迁”和“焰色反应”，下次再遇到流星时，你是不是也可以分析一下流星体的物质成分了？