Teja udara

Teja udara ataupun pijaran udara () adalah pancaran cahaya yang lemah oleh atmosfera planet. Dalam perihal atmosfera Bumi, fenomena optik ini menyebabkan langit malam tidak pernah menjadi gelap sepenuhnya, walaupun selepas kesan cahaya bintang dan cahaya matahari yang terbaur disingkirkan.

Perkembangan 

Fenomena teja udara dikenal pasti pada tahun 1868 oleh seorang ahli fizik Sweden, Anders Ångström. Sejak itu, ia telah dikaji di mana pelbagai tindak balas kimia yang telah diperhatikan mengeluarkan tenaga elektromagnet sebagai sebahagian daripada prosesnya.  Para saintis telah mengenal pasti beberapa proses itu hadir di atmosfera bumi, dan ahli astronomi telah mengesahkan pancaran seperti ini wujud.

Penerangan 

Teja udara adalah disebabkan oleh pelbagai proses di atmosfera atas, seperti penggabungan semula atom-atom yang difotoionkan oleh matahari pada siang hari, pemendarcahayaan yang disebabkan oleh pancaran sinar kosmos pada atmosfera atas, dan kimipendarcahaya yang disebabkan oleh oksigen dan nitrogen yang bertindak balas dengan ion hidroksil di ketinggian beberapa ratus kilometer. Ianya tidak kelihatan pada siang hari kerana cahaya yang tersebar dari matahari.

Tidak kira jika balai cerap bumi digunakan, teja udara mengehadkan kepekaan teleskop pada panjang gelombang yang boleh dilihat. Oleh kerana ini, teleskop angkasa seperti Teleskop Angkasa Hubble dapat melihat benda-benda yang lebih samar daripada teleskop bumi pada panjang gelombang terlihat yang sama.

Pijaran ini boleh menjadi cukup terang untuk dapat dilihat dalam langit malam oleh mata kasar dan pada selalunya berwarna biru. Walaupun pancaran teja udara agak seragam di seluruh atmosfera, pada pemerhati di atas tanah ia kelihatan paling terang pada kira-kira 10 darjah di atas ufuk, kerana yang lebih rendah sudut darjah, semakin besar kedalaman atmosfera yang kita lihat. Namun jika terlalu rendah, pemadaman atmosfera mengurangkan kecerahan teja udara.

Satu proses teja udara adalah apabila satu atom nitrogen bergabung dengan satu atom oksigen untuk membentuk molekul nitrik oksida (NO). Dalam proses itu, satu foton dipancarkan. Foton ini boleh mempunyai mana-mana panjang gelombang yang berbeza dari ciri-ciri molekul nitrik oksida. Atom bebas tersedia untuk proses ini, kerana molekul nitrogen (N2) and oksigen (O2) dipisahkan oleh tenaga suria di atmosfera atas dan mungkin akan boleh bertembung antara satu sama lain untuk membentuk NO. Jenis-jenis sebatian lain yang boleh menjadikan teja udara di atmosfera ialah hidroksil (OH), satu oksigen (O), natrium (Na) and litium (Li). Lihat lapisan Natrium.

Kecerahan langit biasanya dipetik dalam unit magnitud astronomi setiap arka-saat persegi langit.

Pengiraan kesan teja udara 

Untuk mengira keamatan relatif teja udara, magnitud perlu ditukar dengan ketaranya menjadi fluks foton; ini bergantung kepada spektrum sumber, tetapi kita akan mengabaikannya buat masa sekarang.  Pada panjang gelombang yang kelihatan, kita perlu parameter S0(V), kuasa per sentimeter persegi apertur (bukaan) dan per mikrometer panjang gelombang yang dihasilkan oleh bintang magnitud sifar, untuk mengubah magnitud ketara menjadi fluks — S0(V) = 6988400000000000000♠4.0×10−12 W cm−2 µm−1. Jika kita mengambil contoh bintang V=28 yang diperhatikan melalui turas jalur V normal (B = 6993200000000000000♠0.2 µm lintasan jalur, frekuensi ν ≈ 7014600000000000000♠6×1014 Hz), bilangan foton yang kita akan terima per sentimeter persegi bukaan teleskop sesaat daripada sumbernya adalah Ns:

 

(di mana h adalah Pemalar Planck; hν adalah tenaga foton tunggal  frekuensi ν).

Pada jalur V, pancaran daripada teja udara ialah V = 22 setiap persegi arka-saat di balai cerap altitud tinggi pada malam tanpa bulan; dalam cuaca yang sangat baik, imej bintang akan menjadi kira-kira 0.7 arka-saat melintang dengan keluasan 0.4 arka-saat persegi, dan oleh itu pancaran dari teja udara dibahagi luas imej bersamaan dengan kira-kira V = 23. Ini memberikan bilangan foton daripada teja udara, Na:

 

Isyarat-hingar untuk pemerhatian tanah rendah yang sesuai dengan teleskop kawasan A (mengabaikan kerugian dan bunyi pengesan), yang didapati daripada statistik Poisson, hanyalah:

 

Jika kita mengandaikan teleskop peranti bumi diameter 10 m yang terbaik dan bintang yang tidak terlerai: setiap detik, lebih dari tompok saiz imej besar bintang itu, 35 foton tiba dari bintang dan 3500 dari cahaya udara. Jadi itu, lebih daripada sejam, kira-kira 1.3×10^7 tiba dari teja udara, dan kira-kira 1.3×10^5 tiba dari sumber; jadi nisbah S/N adalah kira-kira:

 

Kita boleh bandingkan ini dengan jawapan "sebenar" daripada kalkulator tempoh dedahan. Bagi teleskop Very Large Telescope unit 8 m, menurut kalkulator tempoh dedahan FORS anda memerlukan tempoh pemerhatian selama 40 jam untuk mencapai V = 28, sementara Teleskop Angkasa Hubble unit 2.4 m hanya memerlukan 4 jam mengikut kalkulator tempoh dedahan ACS. Teleskop Hubble andaian unit 8 m akan mengambil masa kira-kira 30 minit.

Ia patut dijelaskan dari pengiraan ini, mengurangkan saiz medan pengelihatan boleh menjadikan benda-benda kabur lebih mudah dibezakan daripada teja udara; malangnya, teknik optik ubah suai (adaptive optics) yang mengurangkan diameter medan pengelihatan teleskop bumi dengan urutan magnitud hanya berfungsi dengan inframerah, di mana langit lebih cerah.  Teleskop angkasa tidak dihadkan oleh medan pengelihatan, kerana ia tidak terjejas oleh teja udara.

Teja udara tercetus 

Eksperimen saintifik telah dijalankan untuk mencetuskan teja udara dengan menghalakan pancaran gelombang radio berkuasa tinggi ke arah ionosfera bumi.  Gelombang radio ini berinteraksi dengan ionosfera untuk mencetuskan cahaya optik yang lemah tetapi kelihatan pada panjang gelombang tertentu dengan keadaan tertentu.

Pemerhatian uji kaji 
SwissCube-1 adalah sebuah satelit Switzerland yang dikendalikan oleh Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. kapal angkasa itu adalah unit tunggal CubeSat, yang direka untuk menjalankan penyelidikan teja udara dalam atmosfera bumi dan untuk membangunkan teknologi untuk kapal angkasa masa depan. Walaupun SwissCube-1 agak kecil (10 x 10 x 10 cm) dan beratnya kurang dari 1 kg, ia membawa teleskop kecil untuk menangkap imej-imej teja udara. Imej SwissCube-1 yang pertama turun pada 18 Februari 2011 dan agak hitam dengan hingar terma (thermal noise) di atasnya. Imej teja udara pertama turun pada 3 Mac 2011. Imej ini telah ditukar kepada julat optik manusia (hijau) dari pengukuran inframerah dekatnya. Imej ini memberikan pengukuran keamatan fenomena teja udara dalam inframerah dekat. Julat yang diukur adalah dari 500 hingga 61400 foton, dengan resolusi 500 foton.

Teja udara di planet-planet Sistem Suria yang lain 
Kapal angkasa Venus Express mengandungi sensor inframerah yang telah mengesan pancaran inframerah dekat dari atmosfera Zuhrah. Pancaran itu berasal dari nitrik oxida (NO) dan dari oksigen molekul. Para saintis sebelum ini telah menentukan dalam ujian makmal bahawa semasa pengeluaran NO, pancaran ultraungu dan pancaran inframerah dekat telah dihasilkan.  Sinaran ultraungu telah dikesan di atmosfera, tetapi sehinggalah misi ini, pancaran inframerah dekat hasilan atmosfera hanyalah teori sahaja.

Galeri

Lihat juga 

 Aurora (ilmu falak)
 Fenomena optik
 Teja udara terion
 Cahaya zodiak

Rujukan

Pautan luar 

 Description and Images
 Sky Brightness Information for Roque de los Muchachos Observatory
 Night-side Glow Detected at Mars Space.com interview
 Stereoscopic Observations of HAARP Glows from HIPAS, Poker Flat, and Nenana, Alaska by R.F. Wuerker et al.
 An improved signal-to-noise ratio of a cool imaging photon detector for Fabry - Perot interferometer measurements of low-intensity air glow by T P Davies and P L Dyson
 Space Telescope Imaging Spectrograph Instrument Handbook for Cycle 13
 SwissCube| The first Swiss Satellite