Revontulien värit – Mistä eri sävyt johtuvat?

Revontulet tunnetaan parhaiten niiden ikonisesta vihreästä loisteesta, mutta voimakkaissa näytöksissä yötaivas voi hehkua verenpunaisena, syvän violettina tai hehkuvan sinisenä. Revontulten väri määräytyy kahden fysiikan lain mukaan: mitä ilmakehän kaasua aurinkotuulen elektronit virittävät ja millä korkeudella törmäys tapahtuu.

1. Vihreä väri (557,7 nm) – Yleisin ja kirkkain

Noin 90 % kaikista havaituista revontulista on vihreitä. Vihreä valo syntyy, kun avaruudesta saapuvat nopeat elektronit törmäävät happiatomeihin (O) noin 100–150 kilometrin korkeudessa.

Törmäyksessä happiatomi virittyy ylemmälle energiatilalle ja palatessaan perustilaansa se luovuttaa saamansa energian vihreänä valona aallonpituudella 557,7 nanometriä. Koska ihmissilmän hämäränäkö on kaikkein herkin juuri vihreän aallonpituuksille, vihreät revontulet erottuvat taivaalta helpoimmin.

2. Punainen väri (630,0 nm) – Korkean ilmakehän harvinaisuus

Punainen revontulivalo syntyy myös happiatomeista, mutta paljon korkeammalla: noin 200–300 kilometrin korkeudessa.

Punaisen fotonin vapauttaminen viritystilasta kestää jopa 110 sekuntia. Matalammalla ilmakehässä atomit törmäisivät toisiin hiukkasiin ennen kuin fotoni ehtisi vapautua. Yli 200 kilometrissä ilma on niin harvaa, että viritystila ehtii purkautua hehkuvana punaisena valona. Korkeutensa ansiosta punainen hehku voi näkyä satojen kilometrien päähän, jolloin se näkyy usein Etelä-Suomessa ja Baltiassa pohjoisella taivaanrannalla.

3. Violetti, purppura ja sininen – Typen voimanäytös

Kun aurinkotuulen hiukkasilla on poikkeuksellisen korkea liike-energia, ne kykenevät tunkeutumaan syvemmälle ilmakehään, aina 80–100 kilometrin korkeudelle saakka. Tällä tiheämmällä tasolla elektronit törmäävät molekyylityppeen (N₂) ja ionisoituneeseen typpeen (N₂⁺).

Typpi tuottaa teräviä violetteja, sinisiä ja magentanpunaisia sävyjä. Näitä sävyjä näkee tyypillisesti nopeasti aaltoilevien revontulikruunujen (corona) ja -verhojen liehuvassa alareunassa geomagneettisten myrskyjen huipulla.

4. Miksi ihmissilmä näkee värit eri tavalla kuin kamera?

Moni ensikertalainen yllättyy siitä, että heikommat revontulet näyttävät paljaalla silmällä usein harmahtavilta tai himmeän valkoisilta "pilviltä", vaikka kameran ruudulle piirtyy kirkkaanvihreä kaari. Tämä ei ole optinen harha, vaan ihmisen biologian ominaisuus:

• Sauvasolut (hämäränäkö): Pimeässä silmämme käyttää valoherkkiä sauvasoluja, jotka eivät kykene erottelemaan värejä. Näemme hämärässä lähinnä mustavalkoisena.
• Tappisolut (värinäkö): Värit havaitsevat tappisolut vaativat runsaasti valoa aktivoituakseen. Vasta kun revontulet ovat poikkeuksellisen kirkkaita, ihmissilmä erottaa värit suoraan taivaalla.
• Kameran kenno: Kamera pystyy keräämään valoa pitkällä valotusajalla (esim. 2–8 sekuntia), jolloin kennolle kertyy moninkertainen määrä fotoneja silmäämme verrattuna.