대기광

3. 생성 원리

대기광은 지구 상층 대기에서 일어나는 여러 과정 때문에 발생한다. 주요 원인은 다음과 같다:

• 낮 동안 태양광에 의해 광이온화된 원자들이 재결합하는 과정.
• 상층 대기에 부딪히는 우주선에 의한 루미네선스.
• 산소나 질소가 수백 km 상공에서 수산화 이온과 반응하여 일어나는 화학 발광.

3. 1. 화학 발광

3. 2. 광이온화 및 재결합

3. 3. 우주선

4. 특징

대기광(에어글로우)은 지구 상층 대기에서 다양한 과정에 의해 발생한다. 주요 발생 원인은 다음과 같다.

• 낮 동안 태양에 의해 광이온화된 원자들의 재결합
• 상층 대기에 충돌하는 우주선에 의해 발생하는 발광
• 수백 킬로미터 높이에서 주로 산소와 질소가 수산화물(hydroxyl) 자유 라디칼과 반응하여 발생하는 화학발광^[3][4][5]

5. 관측 및 영향

대기광은 천문학적 관측에 영향을 미쳐 지상 망원경의 성능을 저하시킨다. 밤에는 대기광이 관측 가능할 정도로 밝아질 수 있으며, 보통 푸른색을 띤다. 대기광 방출은 대기 전체에서 비교적 균일하지만, 지상 관측자가 보기에 지평선 위 10° 지점에서 가장 밝게 보인다. 아래를 볼수록 더 많은 대기 질량을 통과하기 때문이다. 그러나 매우 낮은 곳에서는 대기 소광이 대기광의 겉보기 밝기를 감소시킨다.^[3][4][5][6]

허블 우주 망원경과 같은 우주 망원경은 대기광의 영향을 받지 않아 가시광선 파장에서 현재의 지상 망원경보다 훨씬 더 희미한 물체를 관측할 수 있다. 하늘 밝기는 일반적으로 하늘의 각초당 겉보기 등급 단위로 측정된다.

대기광의 상대적인 강도를 계산하려면 겉보기 등급을 광자의 플럭스로 변환해야 한다. 가시광선 파장에서는 0등급 별이 생성하는 단위 면적당, 단위 파장당의 전력 ''S''₀(''V'')를 사용하여 등급을 광속으로 변환한다.^[7] 예를 들어, 구경 10m 망원경으로 별을 관측할 때, 별에서는 매초 35개, 대기광에서는 3500개의 광자가 도달한다고 가정하면, 1시간 동안 대기광에서 약 1.3 × 10⁷개, 광원에서 약 1.3 × 10⁵개의 광자가 도달하여 신호 대 잡음비(S/N)는 약 1/100이 된다.

구경 8m의 초대형 망원경 VLT로 28등급 별을 관측하려면 40시간이 필요하지만, 구경 2.4m의 허블 우주 망원경은 4시간이면 충분하다. 허블 망원경이 8m였다면 약 30분이 걸렸을 것이다. 시야를 좁히면 대기광의 영향을 줄여 대상을 더 선명하게 감지할 수 있지만, 보정 광학 기술은 하늘이 더 밝은 적외선에서만 작동한다. 우주 망원경은 대기광에 방해받지 않으므로 시야 제한이 필요 없다.

5. 1. 인공 대기광

6. 다른 행성의 대기광

금성 익스프레스 우주선에는 적외선 센서가 장착되어 있으며, 금성 대기 상층부에서 근적외선 방출을 감지했다. 이 방출은 산화 질소(NO)와 분자 산소에서 발생한다.^[11][12] 과학자들은 이전에 실험을 통해 NO 생성 과정에서 자외선 방출과 근적외선 방출이 생성된다는 것을 확인했다. 자외선 방사선은 대기에서 감지되었지만, 이 임무 전까지 대기에서 생성된 근적외선 방출은 이론상으로만 존재했다.^[13]

참조

_[1] 서적 De natuurkunde van 't vrije veld
_[2] 백과사전 Sciences of the Earth, An Encyclopedia of Events, People, and Phenomena https://books.google[...] Garland Publishing 2022-06-25
_[3] 논문 OH Emission Bands in the Spectrum of the Night Sky I 1950
_[4] 논문 OH Emission Bands in the Spectrum of the Night Sky II 1950
_[5] 논문 Sky Variability in the y Band at the LSST Site 2010
_[6] 논문 Origin of Sodium and Lithium in the Upper Atmosphere
_[7] 서적 High Energy Astrophysics: Particles, Photons and Their Detection
_[8] 간행물 HF-induced airglow at magnetic zenith: Thermal and parametric instabilities near electron gyroharmonics https://web.archive.[...] 2005
_[9] 웹사이트 NRL HAARP Overview http://www.nrl.navy.[...] 2009-03-05
_[10] 웹사이트 SwissCube official website http://swisscube.epf[...]
_[11] 논문 The near-infrared nitric oxide nightglow in the upper atmosphere of Venus 2009
_[12] 논문 Near-IR oxygen nightglow observed by VIRTIS in the Venus upper atmosphere https://zenodo.org/r[...] 2009-05-01
_[13] 논문 Planetary Science – Spectral band in Venus' 'nightglow' allows study of NO, O 2009
_[14] 웹사이트 La Silla's Great Dane http://www.eso.org/p[...] 2018-03-26
_[15] 웹사이트 Anything But Black http://www.eso.org/p[...] 2016-09-20
_[16] 웹사이트 Austrian Software Tools Developed for ESO http://www.eso.org/p[...] European Southern Observatory 2014-06-06
_[17] 논문 OH Emission Bands in the Spectrum of the Night Sky I.
_[18] 논문 OH Emission Bands in the Spectrum of the Night Sky II.
_[19] 논문 Sky Variability in the y Band at the LSST Site
_[20] 웹사이트 https://www.nature.c[...]
_[21] 서적 High Energy Astrophysics: Particles, Photons and Their Detection
_[22] 간행물 HF-induced airglow at magnetic zenith: Thermal and parametric instabilities near electron gyroharmonics http://www.agu.org/p[...] 2005
_[23] 웹사이트 NRL HAARP Overview http://www.nrl.navy.[...] 2009-03-05
_[24] 웹사이트 SwissCube official website http://swisscube.epf[...]
_[25] 문서 Proc.Nat.Acad.Sci.USA
_[26] 뉴스 Planetary Science
_[27] 웹인용 Austrian Software Tools Developed for ESO http://www.eso.org/p[...] European Southern Observatory 2014-06-06