colores de la aurora

La clave para entender esto es la emisión de líneas prohibidas . Ciertas transiciones entre estados cuánticos están "prohibidas" a través del mecanismo de dipolo eléctrico más eficiente. Las "reglas de selección" que rigen qué transiciones están prohibidas y cuáles están permitidas son consecuencia de la naturaleza mecánica cuántica de las transiciones.

Si un átomo (o ion) se excita a un estado particular, entonces puede decaer a un estado de menor energía ya sea por radiación (emitiendo un fotón) o puede ser desexcitado por colisión. Cuál de estas dos cosas sucede depende de la densidad (electrónica) del gas, la temperatura y el tiempo de vida radiativo del estado excitado.

Una transición prohibida tiene una vida radiativa (comparativamente) muy larga (tal vez tan larga como un segundo en comparación con la$10^{-7}$s de una transición permitida). Esto significa que, en la mayoría de las circunstancias, la transición no se producirá de forma radiativa, de ahí el término "línea prohibida". Si el gas es lo suficientemente escaso, por ejemplo, en la atmósfera superior, entonces la escala de tiempo de desexcitación por colisión puede volverse lo suficientemente larga como para que la transición ocurra de forma radiativa.

Entonces, lo que sucede con los diferentes colores es que surgen de diferentes transiciones en diferentes especies que corresponden a longitudes de onda particulares. Las transiciones particulares ocurren solo a alturas particulares en la atmósfera donde las condiciones son tales que (i) la especie existe, (ii) el nivel superior de la transición está excitado en cantidades suficientes y (iii) la combinación densidad/temperatura es tal que las colisiones son raras y no "apagan" la emisión de la línea prohibida.

El predominio de diferentes colores no se debe necesariamente a concentraciones muy diferentes de oxígeno frente a nitrógeno a diferentes alturas; tanto las auroras verdes como las rojas se producen por transiciones en el oxígeno atómico (a 558 nm y 630 nm respectivamente). Es que las transiciones de diferentes colores se apagan a diferentes alturas en la atmósfera. El 630nm tiene una vida radiativa más larga y se extingue a densidades más altas en la atmósfera inferior. Por otro lado, el oxígeno atómico es más raro en la parte baja de la atmósfera y las transiciones en el nitrógeno ionizado (molecular) se vuelven más dominantes. Estos pueden ser azules o rojos, nuevamente, dependiendo de la densidad de esa capa particular de la atmósfera a medida que se excitan y apagan diferentes transiciones prohibidas.

En general, las condiciones para excitar e irradiar una transición particular solo se cumplen en bandas estratificadas bastante estrechas que son diferentes para diferentes especies/transiciones y esto da como resultado las bandas de colores de las auroras.

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Sí, la composición atmosférica varía con la altitud. A pesar de$N_2$domina a nivel del suelo, el oxígeno atómico domina entre 200-450 km, alcanzando el 85% en volumen.

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La explicación de que diferentes colores son producidos por diferentes especies que son dominantes en diferentes altitudes es sugerida por la página web que usted vinculó:

El factor principal para determinar los colores de cualquier pantalla dada es la altitud a la que las partículas solares chocan con nuestra atmósfera. Los diferentes gases prevalecen a diferentes altitudes y en concentraciones variables y es la colisión que "excita" estos gases lo que determina el color de la aurora.