天空亮度

天空亮度是指视觉感受的天空反射和辐射的光。事实上，晚上可以很容易地观测到天空不是完全的黑暗。如果能将来自天空的光源（例如月光和来自城市的光污染）完全移除，它看起来才是绝对黑暗，但这样就不可能看见物体与天空的轮廓。

天空的亮度差别很大，每一天的主要原因也不尽相同。在白天，当太阳在地平面之上时，直接散射的阳光（瑞利散射）占有压倒性的优势。在日出与日没前后的曙暮光情况较为复杂，必须进一步的区分和了解。曙暮光依据太阳在地平面下的角度分为三个区段，每一段为6°。

在日没之后的第一段是民用曙暮光，开始于日没，结束于太阳在地平线下6°。紧接著的是航海曙暮光，太阳在地平线下的角度从6°－12°。最后是太阳在地平面下12°－18°的天文曙暮光。一般而言，当太阳的位置在地平面下18°，天空已经到达最黑暗的程度。

有几个来源被认为是天空本质的亮度，统称为气辉，还有间接散射的阳光、散射的星光、和人为的光污染。

气辉现象是瑞典科学家安德斯·埃格斯特朗在1868年首先确认的。从此之后，在实验室里和对各种化学反应的研究，已经观察到这是电磁能量过程的一部分。科学家也发现这些过程会出现在地球的大气层，天文学家也已经验证这些过程和排放的存在。

气辉

当物理学家安德斯·埃格斯特朗研究极光的光谱时，他发现即使在没有极光出现的夜晚，极光特征的绿色谱线依然存在著。直到1920年，科学家才开始确定并了解这条发射谱线来自极光和天空本身，和是甚么原因造成的。埃格斯特朗观测到的绿线是波长为557.7nm的发射谱线，实际上是上层大气中重组的氧气造成的。

气辉是在上层大气发生的各种程序的总体名称，以来自太阳的紫外线为主要的驱动力量，结果则是发射出的一颗光子。几条最显著的发射线是来自氧原子的557.7nm的绿线、钠的589.0和589.6nm双黄线、和氧原子在630.0和636.4nm的红线。

钠的发射来自高度90－100Km，厚度仅约10km的钠层，位置在中气层顶和电离层的D层之上。红色的氧原子谱线源于高约300km的F层中。氧原子的绿线案不再更宽广的空间中。目前仍不清楚钠是如何到达中气层的高度，但它被认为是海盐和陨石尘埃的组合输送上去的。

在白天，钠和氧原子的红色辐射是明显的，发射的量大约是夜晚的1,000倍，这是因为大气层的上层充份的暴露在太阳的紫外线辐射下。但是对人眼来说完全不会引人注目，因为它完全消失在刺眼的散射阳光内。

间接散射的阳光来自两个方向：从大气层本身和从太空。第一种情况在太阳刚西沉，但依然照亮上层大气。因为散射的阳光量和参与散射的粒子数（即空气分子）成正比，这部分的散射光强度会随著太阳在地平面的下降迅速减少。，

太阳的海拔高度是< -6°，在天顶的大气层99%是在地球的阴影内和被二阶散射照亮。然而在地平面沿著地面线的大气仍然有35%被直接照亮，并继续直到太阳抵达-12°。从-12°到-18°，只有在地平面沿线上方高处的大气层被照亮。在那之后所有直接照射的光都终止，被设定为天文黑夜开始。

第二个散射的光源是黄道光，是行星计尘埃造成的阳光反射和散射。黄道光的强度取决于尘埃的组成和分布，与地球（观测者所在点）在一年中的观测位置。

不只是阳光被空气中的分子散射，星光和银河系的漫射光也会被空气散射。it is found that stars up to V magnitude 16 contribute to the diffuse scattered starlight.（此句不了解？）

其它的来源，像是星系和星云则没有甚么重大贡献。

光污染是城市化地区的天空亮度不断增加的来源。在人口稠密的地区，通常没有严格的光污染控制，夜晚的天空亮度是没有灯光时的5倍至50倍，而且很多的光污染的影响在整个晚上都远远的超过大自然的来源（包含月光）。

太阳刚西没时，天空的光度急遽下降，使我们可以看见高处的大气层在太阳高度降到-12°以下之前，依然充满著阳光，因而使我们能够看见气辉。在这段期间，来自钠的黄色和来自氧原子的630nm红色发射线占主导地位，并对民用曙暮光和航海曙暮光略带紫色的颜色做出贡献。

在航海曙暮光结束时的太阳高度，较早时发射的光强度呈线性衰减，直到只剩下氧原子的绿线作为主要来源

天文黑夜开始，绿色的557.7nm的氧原子谱线成为主导，并且大气散射的星光也开始呈现。

下表给出在中纬度没有月光，没有任何光污染，完全黑暗的夜晚，对天顶的天空亮度提供的相对和绝对贡献。

（S₁₀单位被定义为一颗星的视星等是10等，和它的光散布在一平方度或27.78mag arcsec⁻²表面的亮度。）

在天顶的可见光总光度大约是220S₁₀，或21.9 mag/arcsec²。请注意，来自气辉和黄道光贡献，随著一年中的时间和位置、太阳活动、和观测者的纬度，变化大致如下：

{\rm {Airglow}}/{\rm {S}}_{10}=145+108(S-0.8)

此处S是太阳10.7cm在MJy的通量，在11年的太阳活动周期的正弦变量，在0.8－2.0之间。在太阳活动极大期的贡献效益约为270S。

黄道光的强度取决于在天空中观测点的黄道的纬度和经度在日心经度> 90度的变化：

{\rm {ZodiacalLight}}/{\rm {S}}_{10}=140-90\sin(|\beta |)

此处β是小于60°的黄道纬度，当大于60°时的贡献量请查表。沿著黄道平面的黄道光越靠近太阳会越明亮，还有第二个最亮的部分在经度相对180度之处的对日照。

在极端的情况下，天顶的自然亮度可以高达〜21.0 mag/arcsec²，大约是平常条件下亮度的两倍。