Airglow (también llamado resplandor nocturno ) es una débil emisión de luz por parte de una atmósfera planetaria . En el caso de la atmósfera terrestre , este fenómeno óptico hace que el cielo nocturno nunca esté completamente oscuro, incluso después de que se eliminan los efectos de la luz de las estrellas y la luz solar difusa del lado lejano. Este fenómeno se origina en gases autoiluminados y no tiene relación con el magnetismo de la Tierra ni con la actividad de las manchas solares .
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El fenómeno del resplandor del aire fue identificado por primera vez en 1868 por el físico sueco Anders Ångström . Desde entonces, se ha estudiado en el laboratorio y se ha observado que varias reacciones químicas emiten energía electromagnética como parte del proceso. Los científicos han identificado algunos de esos procesos que estarían presentes en la atmósfera terrestre y los astrónomos han verificado que dichas emisiones están presentes. Simon Newcomb fue la primera persona en estudiar y describir científicamente el resplandor del aire, en 1901. [2]
Airglow existía en la sociedad preindustrial y era conocido por los antiguos griegos. "Aristóteles y Plinio describieron los fenómenos de Chasmata , que pueden identificarse en parte como auroras y en parte como noches brillantes de aire". [3]
El resplandor del aire es causado por varios procesos en la atmósfera superior de la Tierra , como la recombinación de átomos que fueron fotoionizados por el Sol durante el día, la luminiscencia causada por los rayos cósmicos que golpean la atmósfera superior y la quimioluminiscencia causada principalmente por la reacción del oxígeno y el nitrógeno con el hidroxilo. radicales libres a alturas de unos cientos de kilómetros. No se nota durante el día debido al resplandor y la dispersión de la luz solar .
Incluso en los mejores observatorios terrestres, el resplandor del aire limita la fotosensibilidad de los telescopios ópticos . En parte por esta razón, los telescopios espaciales como el Hubble pueden observar objetos mucho más débiles que los telescopios terrestres actuales en longitudes de onda visibles .
El brillo del aire durante la noche puede ser lo suficientemente brillante como para que un observador terrestre lo note y generalmente aparece azulado. Aunque la emisión de brillo del aire es bastante uniforme en toda la atmósfera, parece más brillante a unos 10° por encima del horizonte del observador , ya que cuanto más bajo uno mira, mayor es la masa de la atmósfera a través de la cual mira. Sin embargo, muy abajo, la extinción atmosférica reduce el brillo aparente del resplandor del aire.
Un mecanismo de resplandor del aire es cuando un átomo de nitrógeno se combina con un átomo de oxígeno para formar una molécula de óxido nítrico (NO). En el proceso se emite un fotón . Este fotón puede tener cualquiera de las diferentes longitudes de onda características de las moléculas de óxido nítrico. Los átomos libres están disponibles para este proceso, porque las moléculas de nitrógeno (N 2 ) y oxígeno (O 2 ) se disocian por la energía solar en las capas superiores de la atmósfera y pueden encontrarse entre sí para formar NO. Otras sustancias químicas que pueden crear brillo en el aire en la atmósfera son el hidroxilo (OH), [4] [5] [6] oxígeno atómico (O), sodio (Na) y litio (Li). [7]
El brillo del cielo normalmente se mide en unidades de magnitud aparente por segundo de arco cuadrado de cielo.
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Para calcular la intensidad relativa del resplandor del aire, necesitamos convertir magnitudes aparentes en flujos de fotones; Esto claramente depende del espectro de la fuente, pero lo ignoraremos inicialmente. En longitudes de onda visibles, necesitamos el parámetro S 0 (V), la potencia por centímetro cuadrado de apertura y por micrómetro de longitud de onda producida por una estrella de magnitud cero, para convertir magnitudes aparentes en flujos – S 0 (V) =4,0 × 10 −12 W cm −2 µm −1 . [8] Si tomamos el ejemplo de una estrella V =28 observada a través de unfiltro de banda V normal ( B =Paso de banda de 0,2 μm , frecuencia ν ≈6 × 10 14 Hz ), el número de fotones que recibimos por centímetro cuadrado de apertura del telescopio por segundo de la fuente es N s :
(donde h es la constante de Planck ; hν es la energía de un solo fotón de frecuencia ν ).
En la banda V , la emisión del resplandor del aire es V = 22 por segundo de arco cuadrado en un observatorio de gran altitud en una noche sin luna; En excelentes condiciones de visión , la imagen de una estrella tendrá aproximadamente 0,7 segundos de arco de ancho con un área de 0,4 segundos de arco cuadrados, por lo que la emisión del resplandor del aire sobre el área de la imagen corresponde aproximadamente a V = 23 . Esto da el número de fotones del resplandor del aire, N a :
La relación señal/ruido para una observación terrestre ideal con un telescopio de área A (ignorando las pérdidas y el ruido del detector), que surge de la estadística de Poisson , es sólo:
Si tomamos un telescopio terrestre ideal de 10 m de diámetro y una estrella no resuelta: cada segundo, sobre un área del tamaño de la imagen ampliada de la estrella, llegan 35 fotones de la estrella y 3500 del resplandor del aire. Entonces, más de una hora, aproximadamente1,3 × 10 7 llegan desde el resplandor del aire, y aproximadamente1,3 × 10 5 llegan desde la fuente; entonces la relación S/N es aproximadamente:
Podemos comparar esto con respuestas "reales" de calculadoras de tiempo de exposición. Para un telescopio Very Large Telescope de 8 m , según la calculadora de tiempo de exposición FORS, se necesitan 40 horas de tiempo de observación para alcanzar V = 28, mientras que el Hubble de 2,4 m solo tarda 4 horas según la calculadora de tiempo de exposición ACS. Un hipotético telescopio Hubble de 8 m tardaría unos 30 minutos.
A partir de este cálculo debería quedar claro que reducir el tamaño del campo de visión puede hacer que los objetos más débiles sean más detectables contra el resplandor del aire; Desafortunadamente, las técnicas de óptica adaptativa que reducen el diámetro del campo visual de un telescopio terrestre en un orden de magnitud sólo funcionan hasta el momento en el infrarrojo, donde el cielo es mucho más brillante. Un telescopio espacial no está restringido por el campo de visión, ya que no se ve afectado por el brillo del aire.
Se han realizado experimentos científicos para inducir el brillo del aire dirigiendo emisiones de radio de alta potencia a la ionosfera de la Tierra . [9] Estas ondas de radio interactúan con la ionosfera para inducir una luz óptica débil pero visible en longitudes de onda específicas bajo ciertas condiciones. [10] El efecto también es observable en la banda de radiofrecuencia, utilizando ionosondas .
SwissCube-1 es un satélite suizo operado por la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . La nave espacial es un CubeSat de una sola unidad , que fue diseñado para realizar investigaciones sobre el brillo del aire dentro de la atmósfera terrestre y desarrollar tecnología para futuras naves espaciales. Aunque SwissCube-1 es bastante pequeño (10 x 10 x 10 cm) y pesa menos de 1 kg, lleva un pequeño telescopio para obtener imágenes del resplandor del aire. La primera imagen del SwissCube-1 llegó el 18 de febrero de 2011 y era bastante negra con algo de ruido térmico. La primera imagen de resplandor aéreo cayó el 3 de marzo de 2011. Esta imagen se ha convertido al rango óptico humano (verde) a partir de su medición en el infrarrojo cercano. Esta imagen proporciona una medida de la intensidad del fenómeno del resplandor del aire en el infrarrojo cercano . El rango medido es de 500 a 61400 fotones , con una resolución de 500 fotones. [11]
La nave espacial Venus Express contiene un sensor de infrarrojos que ha detectado emisiones en el infrarrojo cercano de la atmósfera superior de Venus . Las emisiones provienen del óxido nítrico (NO) y del oxígeno molecular. [12] [13] Los científicos habían determinado previamente en pruebas de laboratorio que durante la producción de NO, se producían emisiones ultravioleta y emisiones de infrarrojo cercano. Se había detectado radiación ultravioleta en la atmósfera, pero hasta esta misión las emisiones de infrarrojo cercano producidas por la atmósfera eran sólo teóricas. [14]
![Los tonos rojos y verdes que iluminan el cielo son producidos por el resplandor del aire.[15]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d0/La_Silla%E2%80%99s_Great_Dane.jpg/1280px-La_Silla%E2%80%99s_Great_Dane.jpg)
![Resplandor del aire sobre el Observatorio Paranal.[16]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/Anything_But_Black.jpg/1280px-Anything_But_Black.jpg)
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