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Efectos de los gases atmosféricos en el color de la aurora

Recientemente me mudé al norte de Noruega, por lo que he visto unos cuantos auroras. Porque el color es principalmente verde, yo estaba seguro de que debe ser debido a transiciones de electrones en $\ce{N2}$ (debido a que la atmósfera es como $75\%$ $\ce{N2}$) Sobre esto, sin embargo, me enteré de que los colores de la aurora son principalmente debido a las transiciones de electrones en el gas de oxígeno. ¿Por qué es que las transiciones de electrones del oxígeno son más prevalentes en los colores de la aurora, aunque es mucho menos abundante que el nitrógeno?

También he leído que el gas de oxígeno que le da un color a $150$ km de altitud(en verde) y el otro por encima de $150$ millas (rojo). Puede alguien explicar la razón de la diferencia en el color? Hace oxígeno que existen en diferentes estados de oxidación en diferentes altitudes, que conducen a diferentes configuraciones electrónicas => diferentes transiciones de electrones?

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Raoul Puntos 1113

Hay buena información en Brillante Gases - Auroras

Hay muchos factores que deben ser considerados.

Una vez que un átomo o molécula está excitado, puede perder la energía por colisión o por la emisión de luz.

El más largo es el tiempo de vida del estado excitado, la mayor altitud en la que se requiere para hacer de la radiación vs colisión de la forma en que la energía se pierde.

El oxígeno atómico de transición con la luz verde tiene una vida útil de alrededor de 1 segundo, mientras que la transición de la luz roja es de 110 segundos, por lo que una mayor altitud es necesaria para la red de la transición de ser significativo.

Para el nitrógeno molecular, radiativo de la vida es sólo $4 \times 10^{-8}$ segundos según Electrónicamente excitado molecular de nitrógeno y oxígeno molecular en las altas latitudes de la atmósfera superior de Ann. Geophys., 26, 1159-1169, 2008

También, los ojos humanos son más sensibles a la luz verde que el rojo de la luz.

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flks Puntos 111

Este fenómeno se ha explicado ya en este sitio web, pero voy a parafrasear.

Todas las imágenes aquí son de ese sitio web.

La atómica oxígeno hace que el verde y el color rojo, mientras que diatómico nitrógeno causas azul y rojo:

El efecto de la altitud sobre el color no se explica.

Sin embargo, una explicación se encuentra en la Wikipedia:

Las altitudes más altas tienen menos partículas, por lo tanto menos colisiones. En este estado, el oxígeno se emite la baja energía $630.0 \mathrm{nm}$ (rojo).

En altitudes más bajas, hay más colisiones, y la molécula de nitrógeno también ayuda emocionante oxígeno atómico, por lo que el mayor energía $557.7 \mathrm{nm}$ de las emisiones (verde) domina.

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Ryan Reich Puntos 124

El anwer se encuentra en la comprensión prohibido transiciones. Estas son las transiciones que está "prohibido" por la mecánica cuántica eléctrico del dipolo reglas de selección, tienen largos tiempos de vida radiativos y sólo se producen radiatively si la densidad cae por debajo de un cierto umbral de extinción. Por encima de esta densidad de la dexcitation se lleva a cabo colisional.

Así que permítanme avanzar una explicación plausible. El verde de las luces del norte se forman alto ($\geq 100$ km) en la atmósfera de la Tierra, en gran parte por los fotones en 557.7 nm emitida desde emocionado átomos de oxígeno. Este es un ejemplo de una prohibido transición con un largo tiempo de vida radiativo (un segundo o así).

Prohibido líneas se "apagará" por las colisiones si la densidad es lo suficientemente alta - es decir, los átomos de excitado por una colisión en lugar de mediante la emisión de un "prohibido" de línea de fotones. A bajas alturas en la atmósfera, el aumento de las densidades de y la prohibición de emisión se apaga, por lo tanto no podemos esperar a ver ninguna luz verde emitida en la parte baja de la atmósfera. Esto también cuentas para las franjas de diferentes colores que a veces se ve, causada por las transiciones con diferentes tiempos de vida radiativos y diferentes colisional las secciones transversales de las que saciar en diferentes densidades y, por tanto, a las alturas.

Una respuesta cuantitativa a la pregunta requeriría de un modelo detallado de la atmósfera (desde la extinción de las densidades son también dependiente de la temperatura), un modelo para el espectro de la energía y el flujo (como una función de la altura) de los incidentes emocionante de partículas, así como la detallada mecánica cuántica radiativo vidas y colisión de las secciones transversales para cada una de las correspondientes transiciones. Creo que la abundancia relativa de oxígeno y el nitrógeno juega un papel muy secundario en comparación con estos factores.

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