科技改變生活 · 科技引領未來
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極光，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，其發(fā)生是由于太陽帶電粒子流（太陽風）進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層
極光，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，其發(fā)生是由于太陽帶電粒子流（太陽風）進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。
在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發(fā)（或電離）而產(chǎn)生。極光常常出現(xiàn)于緯度靠近地磁極地區(qū)上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩(wěn)定有時作連續(xù)性變化。極光產(chǎn)生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。
一：極光的基本形態(tài)
根據(jù)關于極光分布情況的研究，極光區(qū)的形狀不是以地磁極為中心的圓環(huán)狀，而是卵形。大多數(shù)極光出現(xiàn)于地球上空90-130千米處。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。但有些極光要高得多，高度可達560-1000千米以上。
二：極光的分布區(qū)域
由于地磁場的作用， 這些高能粒子轉(zhuǎn)向極區(qū)，所以極光常見于高磁緯地區(qū)。在大約離磁極25°～30°的范圍內(nèi)常出現(xiàn)極光，這個區(qū)域稱為極光區(qū)。在地磁緯度45°～60°之間的區(qū)域稱為弱極光區(qū)，地磁緯度低于45°的區(qū)域稱為微極光區(qū)。
三：極光的基本分類
按照極光的形態(tài)分類，可分為勻光弧極光、射線式光柱極光、射線式光弧光帶極光、簾幕狀極光、極光冕等。
按照極光觀測的電磁波波段，可分為光學極光、無線電極光等。
按激光激發(fā)粒子類型，可分為電子極光、質(zhì)子極光等。
按照極光發(fā)生區(qū)域，可分為極蓋極光、極光帶極光 、中緯極光紅弧等。
四：極光的形成原因
在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風”。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，因而屬于等離子態(tài)。
太陽風在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場。地球磁場形如漏斗，尖端對著地球的南北兩個磁極，因此太陽發(fā)出的帶電粒子沿著地磁場這個“漏斗”沉降，進入地球的兩極地區(qū)。兩極的高層大氣，受到太陽風的轟擊后會發(fā)出光芒，形成極光。
經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北緯度67度附近的兩個環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，阿拉斯加的費爾班一年之中有超過200天的極光現(xiàn)象，因此被稱為“北極光首都”。所以極光只能在地球的南北極被看見。
五：關于極光的一些早期觀點
13世紀時，人們則認為那是格陵蘭冰原反射的光。到了17世紀，人們才稱它為北極光——北極曙光（在南極所見到的同樣的光稱為南極光）。
在過去，有些理論被用來解釋這種現(xiàn)象，但都已經(jīng)過時了：
1.本杰明·佛蘭克林（Benjamin Franklin）的理論：神奇的北極光是濃稠的帶電粒子和極區(qū)強烈的雪和其他的濕氣作用造成的；
2.極光的電子來自太陽發(fā)射的光束。這是克利斯蒂安柏克蘭在1900年提出的說法，她在實驗室用真空室和磁化的地球模型，顯示電子是如何被引導至極區(qū)。這個模型的問題包括本身缺乏在極區(qū)的極光、負電荷本身自行散射這些光束、而且仍然缺乏任何太空中的觀測證據(jù)；
3.破水桶理論：極光是溢流出的輻射帶，這是詹姆斯·范艾倫和工作伙伴大約在1962年首先提出的。他們指出在輻射帶內(nèi)獲得的巨大能量很快就會在極光的漫射中耗盡。不久之后，很明顯地，陷在輻射帶內(nèi)的都是高能的帶正電離子，而在極光內(nèi)幾乎都是能量較低的電子；
4. 極光是太陽風中的粒子被地球的場線引導至大氣層頂端造成的。這適用于極光的尖點，但在尖點之外，太陽風沒有直接的作用。
1890年，挪威物理學家柏克蘭認為，離地球1.5億千米的太陽幾乎連續(xù)不斷地向地球放射物質(zhì)點而離地球5萬千米至6.5萬千米以外有一層磁場將地球罩住。當太陽的質(zhì)點直射這層磁場而被擋住時，它便向地球四周擴散，尋找鉆入的空隙，結(jié)果約有1%的質(zhì)點鉆入北磁極附近的大氣層。它們在100千米外的高空大氣層中與原子和多半由氧和氮構(gòu)成的分子相遇，原子吸收了太陽質(zhì)點所含的一部分能量時，立即又將這能量釋放出來而產(chǎn)生的強光，氧發(fā)出綠色和紅色的光，氮則發(fā)出紫、藍和一些深紅色的光。這些繽紛的色彩組成了綺麗壯觀的極光景象。
科學家早就懷疑，北極光的能源來自帶電粒子與北極磁場接觸產(chǎn)生的扭曲磁場，但這個理論一直到2010年5月才獲得證實。當時瑟密斯任務的衛(wèi)星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結(jié)構(gòu)。
六：極光中的神秘聲音
北極光非常絢爛美麗，而伴隨北極光發(fā)生的，是一種很神秘的聲音。一直以來，有關這種神秘的北極光聲音流傳著許多的傳說，也讓在荒野的人們感到恐懼和敬畏。北極光發(fā)出的這種含混不清的爆裂聲的來源，終于首次在科學上得到了合理的解釋。
芬蘭阿爾托大學的科學家們發(fā)現(xiàn)了北極光神秘聲音的來源，這種聲音產(chǎn)生于距地面70米的空中。與此相比，由地球磁場干擾而產(chǎn)生的絢爛而變幻莫測的北極光，則是產(chǎn)生于距離地面120千米的高空。
為了找到聲音的來源，科學家們利用了三個互相獨立的麥克風，在觀測點記錄下了北極光的聲音。接著，科學家們對這些聲音進行對比分析，從而最終確定了北極光聲音的來源。當北極光在觀測點出現(xiàn)的同時，芬蘭氣象研究所也同步測量到了伴隨北極光產(chǎn)生了地磁干擾。
阿爾托大學的萊恩教授表示，“我們研究發(fā)現(xiàn)，在北極光出現(xiàn)期間，人們可以聽見一種伴隨極光自然產(chǎn)生的聲音。過去，我們認為極光離我們太遠，不可能會聽到極光發(fā)出的聲音，這種推斷沒有錯，但事實是，極光是由太陽產(chǎn)生的能量粒子干擾地球磁場而產(chǎn)生的，它們在很遠的天邊，伴隨極光的聲音也是由類似原因而產(chǎn)生，只不過產(chǎn)生這種聲音的地方離地面更近?！?/p>
有關北極光神秘聲音產(chǎn)生的具體原因仍然是一個迷，這種聲音并不是每次都會伴隨極光而來。從被記錄下來的聲音來看，這種聲音聽起來像是一種含混不清的爆裂聲，并往往只持續(xù)一小段時間。另外一些聽到過極光聲音的人把這種聲音描述為一種噼啪聲，并且感覺聲音的距離很遠。通過這些不同的描述，科學家們推測北極光聲音產(chǎn)生的背后可能有著若干不同的原理。
七：太陽系其他行星
木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場，而且兩者也都有強大的輻射帶。哈勃太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光。
木星觀測者知道這顆巨大行星經(jīng)常出現(xiàn)極光，比地球極光明亮數(shù)千倍，并且覆蓋范圍是地球面積數(shù)倍，通常他們認為木星極光是太陽帶電粒子與木星磁場發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的，也可能是由于木星和它的衛(wèi)星單獨交互作用所致。但是這些極光耀眼明亮周期類似于地球極光，沒有人能夠明確跟蹤分析究竟是哪一種原因?qū)е碌?。木星和木衛(wèi)一交互作用產(chǎn)生的極光現(xiàn)象，木衛(wèi)一表面火山釋放帶電離子和電子云，進入木星周邊彌漫強磁場的區(qū)域，這里的磁場是地球磁場強度的數(shù)千倍。
在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內(nèi)在（行星本身）的磁場，金星的極光呈現(xiàn)不同的形狀和強度，看起來是明亮但彌漫的補丁，有時會分布在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側(cè)的大氣層。
八：相關神話傳說
1：中國
在我國的古書《山海經(jīng)》中也有極光的記載。書中談到北方有個神仙，形貌如一條紅色的蛇，在夜空中閃閃發(fā)光，它的名字叫燭龍。關于燭龍《大荒北經(jīng)》有如下一段描述：“西北海之外，赤水之北，有章尾山。有神，人面蛇身而赤，直目正乘，其瞑乃晦，其視乃明。不食不寢不息，風雨是竭。是燭九陰，是謂燭龍。”這里所指的燭龍，實際上很有可能就是極光。
2：外國
極光這一術語來源于拉丁文伊歐斯一詞。傳說伊歐斯是希臘神話中“黎明”（其實，指的是晨曦和朝霞）的化身，是希臘神泰坦的女兒，是太陽神和月亮女神的妹妹，她又是北風等多種風和黃昏星等多顆星的母親。極光還曾被說成是獵戶星座的妻子。
在藝術作品中，伊歐斯被說成是一個年輕的女人，她不是手挽個年輕的小伙子快步如飛地趕路，便是乘著飛馬駕挽的四輪車，從海中騰空而起；有時她還被描繪成這樣一個女神，手持大水罐，伸展雙翅，向世上施舍朝露，如同我國佛教故事中的觀音菩薩，普灑甘露到人間。
愛斯基摩人認為極光是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬，原住民則視極光為神靈現(xiàn)身，深信快速移動的極光會發(fā)出神靈在空中踏步的聲音，將取走人的靈魂，留下厄運。
劉龍