紫外線(xiàn)(Ultraviolet)和長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外輻射(long-wavelength infrared radiations)被大氣層所吸收。

電磁波譜中的紫外線(xiàn)區(qū)域(ultraviolet region)的光子是有能量的，并且有足夠的能量來(lái)打破氣體分子內(nèi)的鍵(bonds)。這導(dǎo)致了大氣中離子物質(zhì)(?ionic materials)的產(chǎn)生。一個(gè)很好的例子是，當(dāng)氧分子被紫外線(xiàn)光子分開(kāi)時(shí)，形成的氧原子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧(ozone?)的產(chǎn)生。

紅外線(xiàn)光子的能量比紫外線(xiàn)光子的能量小得多，不足以使分子分裂。當(dāng)光子的頻率與溫室氣體分子的振動(dòng)狀態(tài)相匹配時(shí)，就會(huì)發(fā)生一種叫做共振(resonance)的效應(yīng)。我們將詳細(xì)研究二氧化碳的振動(dòng)狀態(tài)和共振，但類(lèi)似的效應(yīng)也會(huì)在所有溫室氣體分子中發(fā)生。

在一個(gè)二氧化碳分子中，兩端的氧原子通過(guò)雙鍵(double bonds)以線(xiàn)性排列(linear arrangement)連接到碳上。這些鍵的行為類(lèi)似于彈簧。

如圖12所示，該分子有四個(gè)振動(dòng)模式。其中第一個(gè)模式--線(xiàn)性對(duì)稱(chēng)拉伸(linear symmetric stretching)不會(huì)引起紅外吸收，但其余三個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)。每一種都有一個(gè)特征頻率(characteristic frequency)。如果輻射的頻率與此相符，那么分子將被刺激以適當(dāng)?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行振動(dòng)，而振動(dòng)能量將來(lái)自入射輻射(incident radiation)。這導(dǎo)致了波長(zhǎng)為2.7微米、4.3微米和15微米的振動(dòng)吸收(vibrational absorption)。

這些吸收效應(yīng)可以在圖13中清楚地看到，它顯示了二氧化碳的部分吸收光譜。在這個(gè)圖中，一個(gè)峰值表示一個(gè)發(fā)生顯著吸收的波長(zhǎng)（4.3m)。

Reference:

IB Physics Course Book Oxford IB Diploma Program by Michael Bowen-Jones, David Homer

作者?Junwei An，435256754@qq.com