Airglow

  Una importante sorgente della luminosità del cielo notturno è stata chiamata da Otto Struve Night airglow o nightglow. Si tratta di un bagliore diffuso, un costante inviluppo della Terra, dovuto a diversi fenomeni fisici, quali le reazioni chimiche tra specie neutre o ionizzate nell'alta atmosfera, che producono luce. In parte contribuisce anche quella frazione di radiazione dovuta all'eccitazione di costituenti dell'alta atmosfera che non sono entro il cono d'ombra della Terra e che sono illuminati dal sole. Tale emissione è per lo più ultravioletta e, in genere, viene assorbita. Il contributo dell'airglow diminuisce durante la notte in modo esponenziale col trascorrere delle ore dopo il crepuscolo fino a raggiungere un valore costante. Esso è strettamente dipendente dalla intensità della radiazione solare nell'estremo ultravioletto (EUV) che eccita gli ioni durante il giorno, e quindi dalla fase del ciclo di attività solare (Walker 1988). Nelle vicinanze del massimo di attività può giungere ad essere alcune volte maggiore del valore al minimo. Al minimo, l'airglow contribuisce alla luminosità del cielo notturno con una decina di nL ed alla brillanza allo zenith con circa 35 $10^{-6}cd~m^{-2}$. L'emissione dell'airglow varia anche con la posizione geografica ed, in particolare, con la latitudine (Roach 1974). Essendo prodotto nell'alta atmosfera il contributo dell'airglow alla brillanza del cielo notturno cresce dallo zenith all'orizzonte per effetto dell'aumento dello spessore della massa d'aria attraversata dalla linea di vista. La legge che esprime questo fenomeno è detta funzione di van Rhijn: $$\nu\propto\frac{1}{\sqrt{1-\left(\frac{r}{r+h}\right)^{2} \sin^{2} z }}$$

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con r raggio della Terra, h altezza dello strato che emette (in genere 100-400Km) e z angolo tra la direzione considerata e la verticale.

Il meccanismo principale con cui si produce l'airglow è il seguente. La radiazione solare dissocia le specie molecolari nei loro costituenti atomici e ionizza atomi neutri e molecole creando un plasma di particelle cariche mescolate a quelle neutre che restano predominanti. A causa dei loro moti cinetici o dei movimenti a grande scala dell'atmosfera, le specie così  prodotte interagiscono producendo radiazione. Molecole come N₂ , O₂ , O₃ , H₂O , H₂O₂ , H₂ vengono dissociate in N, O, O₂ , OH, H. Molecole e atomi quali O₂ , N₂ , O, N vengono ionizzati in O₂⁺ , N₂⁺ , O⁺ , N⁺ . Nella zona tra 90 e 100 km prevalgono le reazioni tra specie neutre. Tra esse, ad esempio, le associazioni a due corpi del tipo: $$H+O_{3}\rightarrow OH+O_{2}+\nu$$

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che forniscono energia sufficiente ad eccitare l'emissione rotazionale e vibrazionale del radicale OH. Un altro esempio sono le collisioni a tre corpi del tipo: $$O+O+X \rightarrow O_{2}+X+\nu$$

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ove X è un terzo corpo, atomo o molecola, che forniscono energia sufficiente ad eccitare le emissioni dell'ossigeno molecolare ed atomico. Nella zona tra 250 e 300 km prevalgono invece le reazioni ioniche. Siamo infatti nella ionosfera. Tra esse, ad esempio, le reazioni del tipo: $$O^{+}+O_{2} \rightarrow O^{+}_{2} + O$$

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ed $$O^{+}_{2}+e\rightarrow O+O+\nu$$

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forniscono energia sufficiente ad eccitare l'emissione degli atomi di ossigeno neutro producendo un intensa riga a 6300/6364 $\AA$. Quest'ultima cade tra l'altro vicino al massimo di sensibilità dell'occhio nella visione notturna.

Anche la radiazione prodotta dall'atomo di sodio è tutt'altro che trascurabile. L'atomo di sodio pur poco abbondante nell'alta atmosfera ($\sim100~atomi/cm^{3}$) ha uno stato eccitato con una vita media molto breve e quindi se eccitato riesce ad emettere facilmente prima di essere de-eccitato a causa delle collisioni con un altro atomo o molecola.