为什么在一些太空照片中，上层大气比下层大气更亮?

Question

在大多数来自太空的照片中，当你远离地球表面时，大气层会逐渐从明亮的蓝色变成基本的黑色，比如这张来自国际空间站的地球照片(也显示了一些夜光云):

NASA拍摄的地球大气层照片。来源:美国国家航空航天局

或者在夜晚(同样是夜光云):

夜晚的地球大气层。来源:美国国家航空航天局

然而，在曝光时间足够长的照片中，星星和气辉都清晰可见，情况似乎正好相反:

NASA拍摄的地球大气层和银河系照片。来源:美国国家航空航天局

在第三张照片中，地球相当黑暗。在远离地球的地方，离地球最近的天空色彩斑斓，但又微弱到足以透过它看到星星。然后大气似乎变得更明亮的当你继续向上移动，直到它在一个锋利的边缘之后突然变成黑色。在更高的地方，我们可以看到一个微弱但清晰可见的红色气辉带。这不是极光——极光比气辉更高，而且不是那么恒定。

另一个例子，但是颜色不同(这可能是曝光或编辑的副作用):

欧空局星夜。来源:ESA通过维基共享资源

Answer 1

在这些照片中观测到的大气层上层的辉光是大气光来自OH分子。OH排放高峰在海拔75至105公里之间(Blamont和Reed, 1967年)，在不同波长均有不同强度，可见光谱中最显著的峰为557nm(绿色)，以及620至750 nm(红色)之间的多个峰。

1965年发射的OGO-II卫星是为了测量气辉，下面的图像显示了典型的高度与强度分布图:

从布拉蒙特和里德(1967)．约100公里的峰值主要是由于OH气辉，约250公里的较宽峰值主要是由于原子氧。

关于图片中观察到的颜色，由于图片编辑的原因，很难相信它们，但它们与OH气辉光一致，呈绿色、黄色和红色。这是气辉光谱布罗德富特和肯德尔(1968)，我用黄色标出了OH在可见范围内最重要的发射带:

为了了解与每个波段相关的颜色，这里有一个大致的比例(记住1 nm = 10 Å)

从维基百科

在最亮的波段以下逐渐消退的黄色辉光可以解释为OH辉光在相同的高度波段(75-105公里)，但起源于大气中离拍摄照片的航天器更近(或更远)的部分。因为这个高度带是地球周围的一个壳层，而不是一个环。出于同样的原因，图中的峰值强度可能略低于排放峰值的高度。