极光中含紫外线 杀灭病毒有贡献

                              吉林大学:杨学祥,杨冬红

      极光通常出现在地球南北两极附近地区夜间的高空中。它自古就因为绚丽多彩而被留意、观察和记录。那么，极光为什么会有不同的颜色？不同的颜色背后又是什么不同的物理过程？

      高空微观粒子的能量跃迁

      通常认为，极光是太空（太阳风或地球磁层）中的高能带电粒子进入极区附近的高层大气引发的自然现象。它因为集中出现在两极附近被称为极光。出现在南极的被称为南极光，出现在北极的被称为北极光。极光常常呈带状、弧状、幕状、放射状。这些形状有时稳定，有时连续在变化。

       近代的量子力学认为，微观粒子的能量常常是一份一份的，也就是“量子”，而不是连续变化的。按照量子力学基本原理，分子按其内部运动状态的不同，可处于不同的能态，每一能态具有一定的能量。能量最低的态称为基态，能量高于基态的称为激发态。它们构成分子内部的各能级，高能量的激发态可跃迁到较低的能态，能量较低的能态也可吸收一定的能量跃迁到能量较高的激发态。电子激发态与基态之间出现跃迁，就会有吸收或发射特定波长的光，产生分子的电子光谱，分别对应着吸收光谱和发射光谱。

       一言以蔽之，分子（也包括原子等）可以吸收或发射特定波长的光来改变能量状态。我们地球的大气，越往高空越稀薄，高空的分子、原子等吸收能量和释放能量的过程可以发光，就会产生极光。而光的颜色与光波长有关，故而极光的颜色会与这种过程有关。

       绿色为最常见极光颜色

绿色的极光最为常见，但极光的颜色并不是只有绿色。

这就涉及到大气的电离和复合过程。在太阳紫外线、宇宙射线等的作用下，有些空气分子因失去电子而带正电，成为正离子；有些分子获得电子而带负电，成为负离子。这种中性大气分子获得电荷的过程，称为大气电离。这些离子、电子等带电粒子又可能在碰撞后重新变成中性，这种过程叫做复合。

随着海拔高度增高，大气逐渐稀薄，甚至不同成分分离，出现以氧分子（O2）甚至氧原子（O）、氮氧化物分子（NO）为主的高度。再通过这些电离等过程，出现一些带电粒子，包括氧离子（O+）、羟基自由基（OH-）等。

在最高海拔处，以原子氧为主，受激发的原子氧（O）跃迁时常发射波长为630纳米的光，呈现红色，极光的颜色就会呈现出红色。由于原子氧浓度很低，而人眼对这个波长的光的灵敏度低，所以只有在太阳活动很强烈的时期，才能看到红色的极光。

当海拔高度较低时，粒子碰撞频繁，抑制了形成红光的过程，受激发的分子氮（N2）通过碰撞将能量传递给氧原子（O），此时微观粒子的跃迁会发射波长为555.7纳米的光，极光主要呈现出绿色。

而当在这种情况下微观粒子跃迁较为平缓时，发射出的光波长仅为428纳米，呈现出的就是蓝色。

更为罕见的粉红色或黄色的极光是由绿光和红光的过程按一定比例混合，共同作用而成。

由于红色、绿色和蓝色是颜色加性合成的主要颜色，所以上述这些过程结合之后，理论上有可能出现几乎任何颜色的极光。不过以上几个颜色是主要的。

另外，极光也包含红外线和紫外线，不过它们都不是我们的肉眼能够识别的了。

（作者系中科院国家空间科学中心助理研究员）

https://tech.sina.com.cn/roll/2019-07-18/doc-ihytcerm4429438.shtml

极光和紫外线的光谱线范围比较

极光的光谱线范围: 3100-6700埃(311.1-672.4纳米)。

紫外线是阳光中频率为750THz-30PHz，对应真空中波长为400nm-10nm(纳米)的光线。英语为ultraviolet(缩写为UV)，紫外线的英文名是Ultraviolet，其中的ultra-意为”高于，超越”。太阳光谱上，紫外线的频率高于可见光线。可以分为UVA(紫外线A，波长400nm-320nm，低频长波)、UVB(波长320nm-280nm，中频中波)、UVC(波长280nm-100nm，高频短波)、EUV(100nm-10nm，超高频)4种。

所以，极光也包含紫外线中的低频长波和中频中波，不过它们都不是我们的肉眼能够识别的了。

紫外线是由原子的外层电子受到激发后产生的。自然界的主要紫外线光源是太阳，太阳光透过地磁层和大气层时波长短于290nm的紫外线和高能粒子会被地磁层和大气层中的臭氧吸收掉。但是，当超级太阳风暴发生时，波长短于290nm的紫外线会通过两极臭氧洞和地磁层漏洞进入地表，对地球生命和病毒有杀伤作用。

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力线闭合环路上除了有地球内部的导电体之外，另外还有大气层的电离层-这一弱导电体。当太阳风强烈时，磁力线能量遇到地球内部的磁感抗，有许多能量消耗不掉，于是就在电离层处形成了极光。 

阳光和极光中紫外线的生理作用

UVA射线会导致晒黑，紫外线B (UVB) 波长较短，能灼伤皮肤。UVC则一般会被臭氧层阻隔。IR是红外线(infrared)，可造成晒红、微血管扩张、皮肤炎，并促进紫外线的致癌性。紫外线照射会让皮肤产生大量自由基，导致细胞膜的过氧化反应，使黑色素细胞产生更多的黑色素，并往上分布到表皮角质层，造成黑色斑点。紫外线可以说是造成皮肤皱纹、老化、松弛及黑斑的最大元凶。

紫外线照射人体时，能促进人体合成维生素D，以防止患佝偻病，经常让小孩晒晒太阳就是这个道理。紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房就利用紫外线消毒。但过强的紫外线会伤害人体，应注意防护。极光也包含红外线和紫外线，不过它们都不是我们的肉眼能够识别的了。

紫外线是由原子的外层电子受到激发后产生的。自然界的主要紫外线光源是太阳，太阳光透过大气层时波长短于290nm的紫外线会被大气层中的臭氧吸收掉。

当紫外线照射人体或生物体后，发生生理变化。不同频率的紫外线的生理作用不同。根据紫外线对生物作用，在医疗上把紫外线划分为不同的波段:黑斑紫外线(曲线A)在400nm~320nm波段;红斑紫外线或保健射线(曲线B)在320nm~280nm波段;灭菌紫外线(曲线C)在280nm~200nm波段;致臭氧紫外线(曲线D)在200nm~100nm波段。

紫外线的致黑斑作用:波长在400nm~320nm的紫外线又叫低频长波紫外线。该波段的紫外线生物作用较弱，但它对人体照射后使皮肤变黑，皮肤有明显的色素沉着作用，这就是紫外线的黑斑作用。该波段的紫外线可强烈地刺激皮肤，使皮肤新陈代谢加快、皮肤生长力加强和使皮肤加厚。A波紫外线是治疗皮肤病的重要波段，像牛皮癣、白癜风等疾病。

紫外线对人眼有强烈的刺激作用，因其波长短，频率高，能量高，在眼睛视网膜区域的穿透力强，长时间照射可以使视网膜发生黄斑性病变。紫外线还是导致”雪盲症”的罪魁祸首，雪盲症是指在强烈的阳光照射下，或者在雪地，高山等强烈反射阳光的地方，人的眼睛会感到刺痛，不舒服的现象，这就是阳光中所包含的大量紫外线和蓝紫光造成的，所以在攀登雪山或极地探险时，往往需要戴护目镜来防止紫外线对眼睛的伤害。电子产品中往往也会有少量的紫外线和大量接近于紫外线频段的紫光和蓝光，长时间使用电子产品，这些高能紫外线和蓝紫光对人眼睛也会造成巨大且不可逆的伤害，进而产生视力下降，视线模糊、发黄、昏暗等现象，并且可能会造成黄斑性颂故良病变。所以连续使用电子产品的时间尽量不要超过3个小时，过了3个小时后要休息一下眼睛，看看窗外或到户外走走，避免视疲劳。此外开启护眼模式(防蓝光模式)或夜间模式也能有效防止紫外线和蓝紫光对人眼睛的伤害。

太阳光和极光能杀灭病毒

太阳光的极为宽阔的连续谱以及数以万计的吸收线和发射线，是一个极为丰富的太阳信息宝藏。太阳光谱属于G2V光谱型，有效温度为5770 K。太阳电磁辐射中99.9%的能量集中在红外区、可见光区和紫外区。

太阳辐射主要集中在可见光部分(0.4~0.76μm，即400~760nm)，波长大于可见光的红外线(>0.76μm)和小于可见光的紫外线(<0.4μm)的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15~4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。

在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为0.295~2.5μm。短于0.295 μm和大于2.5 μm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面。

https://baike.so.com/doc/6117263-6330405.html

极光的光谱线范围: 3100-6700埃(311.1-672.4纳米),紫外线部分波谱与太阳光大致相同,杀灭病毒的能力也大致相同。

相关报道

阳光能杀死新冠病毒？研究称夏季正午34分钟即可消灭九成病毒

2020-06-28 20:41:58  出处：快科技 作者：斌斌

    近日，据外媒报道，来自美国的一项新研究表明，在充足的夏季阳光下有可能会杀死九成的新冠病毒。

    该研究由美国食品药品监督管理局的科学家何塞•路易斯•萨格里潘蒂（Jose Luis Sagripanti）和大卫•利特尔（David Lytle）领导，他们声称强烈的阳光可以在34分钟内杀死冠状病毒。

    研究中，世界各地城市的一年中紫外线照射以及相应病毒活性进行对比，经模型计算，判断阳光在新冠病毒大流行的发生、传播以及持续时间中的作用。该方法已在埃博拉以及拉萨热病毒的应用中得到验证。

结果发现，夏季世界上大多数人口稠密的城市中，在正午阳光持续照射11—34分钟后，90%以上的新冠病毒能够被灭活。

相比之下，到了冬季，大多数城市阳光辐射不足，在12月至今年3月期间，病毒会在户外的物体表面存活一天或更长时间。

不过，此前世卫组织曾表示，无论阳光多充足或天气多热，人们都可能感染新冠病毒。不建议使用紫外线灯试图对抗病毒，因为紫外线灯不应用于手部或其他皮肤部位的消毒，其辐射可能会损害皮肤。

https://news.mydrivers.com/1/697/697576.htm

研究证明：太阳射线可在最多20秒内杀死新冠病毒

2021-06-02 16:47:03　来源: 中新社华舆  

华舆讯 据意大利新华时报报道 由米兰国立大学普通病理学教授Mario Clerici和Don Gnocchi基金会Irccs科学主任共同发布了他们与意大利研究团队针对新冠病毒的研究结果，即新冠病毒在海滩上接受太阳射线照射下存活时间仅有10至20秒。

Mario Clerici教授解释说：“我们已经证明了来自太阳的UVA和UVB射线可以在几十秒内完全杀死习惯病毒。这项研究其实是我们去年所做的先前研究的延续。早在去年夏天我们就发现了太阳光线中组成部分但无法到达地球的UVC 射线能在几秒钟后杀死新冠病毒。为此，去年的研究发现对抑制病毒和传播的影响有限。但是今年我们观测到可以照射到地球的太阳UVC和UVB射线同样可以在短短几秒内杀死病毒。但我要强调的是，病毒只有暴露在太阳光下才会被杀死，为此佩戴口罩、勤洗手和接种疫苗仍然是防疫抗疫的主要方式。（原标题：【意】6.1.确诊2483，死亡93；研究证明：太阳射线可在最多20秒内杀死新冠病毒）

https://www.163.com/dy/article/GBGIRIQ20514DTKM.html

最新结论

首先，极光和太阳光在紫外线波谱的范围大致相同，杀毒能力也相近。

其次，超级太阳风暴产生的极光和紫外线风暴，形成地磁层和臭氧洞漏能效应，大量太阳射线和紫外线进入地表，灭杀病毒进入高峰时期。

https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1346957.html

参考文献

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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331361.html

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