今天，我们看到了 #神舟十二号航天员拍摄的地球大片 ，很多人注意到一个细节——地球外面竟然有一层发光的边界（图1）！
这就是大气层吗？夜空中的大气层，为什么会是“亮”的呢？发光的这层又是在哪个高度？发光原理是什么？
这些问题的答案都指向一个词——【气辉】——一种大气发光现象。
为什么会有这样的现象呢？让我们从抬头仰望星空的一个细节说起。
在远离灯光的野外甚至空气稀薄的高原，欣赏纯净的夜空时，把目光放在星和星之间的“空隙”，可以感觉到没有星的区域仍然不是直觉上该有的“纯黑”，即使在望远镜中放大观察，暗星和暗星之间的“空隙”仍然有些许明亮，好像我们看到的夜空中有一个微弱发光的背景，而这个发光背景的主要成分，就是地球高层大气的微弱发光，叫做气辉（图2）。
在可见光波段，气辉最明亮的来源是高层大气的氧原子发出 557.7 nm 的绿色光，稍弱的是钠原子发出的 589.0 nm / 589.6 nm 的黄绿色光。这个颜色很容易让人联想到极光，而且都是大气中这些原子的电离发光，也都发出相同颜色的光，但实际上气辉和极光的共同点也只有前面那半句话了。
从空间分布上看，极光只在高纬度靠近地球磁极的一圈存在，鲜有出现在低纬度，而且结构清晰快速变化，反观气辉，就像一圈完整的发光球包裹在地球外，几乎均匀分布少有结构特征。这些差异通通指向了它们发光原理的差异。极光来源于太阳风中的高能粒子轰击，原子们通通变成激发态，随后回到基态而发光。气辉则源于高层大气中的紫外激发，有直接来源于太阳光的紫外线，也有高层大气其它原子离子激发后的次级紫外线，这类激发在稀薄的高层中可以存在数分钟到数小时，因此在地球夜晚的这半边，才有了能持续整夜发光的气辉层。因此极光是荧光，太阳风激发然后瞬时发光，就像生活中的日光灯管；而气辉则是磷光，紫外线激发后缓慢的微弱发光，与生活中的夜光表原理相似。
了解了气辉的原理就可以发现，气辉只能出现在稀薄的高层大气。因为如果靠近地表，假设有氧原子被激发，它很快就会和旁边的原子或者分子碰撞把能量释放掉，只有空气密度足够稀薄时，原子们被激发后能安全的自由热运动，直到自己发光释放能量回到基态。从地表向上走，这个足够稀薄的位置就出现在 100 km 的高度上下。继续向上走，原子们同样也能如此发光，但是更稀薄，看到的光也更弱。因此最明显的发光就集中在 100 km 上下，刚好和传统上对太空定义的 100 km “卡门线”相当。
气辉不仅是地球上观察夜空时最主要的背景发光，而且作为一层薄薄的微弱发光球包裹在距地表 100 km 高度的地方。如果我们看向这个发光球的切向，也就是气辉层的边界，那么自然就看到了这条发光的条带。
这也就是 #航天员视角领略地球震撼之美 背后蕴含的奥秘！
