揭晓极光这一天象之谜：原来与太阳风暴有关

在北极和南极附近的夜晚，偶尔可以看到一些光带穿过天空，照亮黑暗的夜空。这壮丽动人的景象就是极光。极光是人们能看到的最美丽、最不可思议的自然现象。这也是太阳风暴期间地面上唯一可见的日地空间现象。极光越壮观，太阳爆发就越强烈。

神秘的极光

极光是一种神秘的天体现象，自古以来就备受关注。许多世纪以来，不同地方的人们都有自己的极光记录和传说。

“触摸龙”从地球上下来(来自www.dekowizja.pl)

已知最早的极光记录在公元前2600年。中国古籍《河图·郑基明》中说:“富宝(黄帝之母)看见北斗七星周围有一盏大电灯，照耀在农村。五月怀胎，与黄帝轩辕氏生于青丘。”在先秦古籍《山海经》中，极光是一个名叫"摸龙"的仙女，长得像一条红色的蛇:"人面蛇身，红色，长数千里，钟山之神也"。

“极光”一词来自拉丁语“io”。传说“伊俄斯”是希腊神话中“黎明”的化身，希腊神“泰坦”的女儿，太阳神和月亮女神的妹妹。奥罗拉这个名字来自罗马女神奥罗拉，她掌管着奥罗拉，代表着日出之前的黎明。那么，这样美丽迷人的光彩是如何产生的呢？

极光女神“伊俄斯”(但丁·加布里埃尔·罗赛迪)

奥罗拉是如何产生的？

奥罗拉的神秘是近年来逐渐被解释的。事实上，这也取决于光能的来源太阳。从太阳喷射出的大量带电粒子以每秒数百公里的速度吹向星际空间，形成太阳风。到达地球附近的粒子不断撞击地球磁场，并在地球周围流动。在太阳风的吹动下，地球的磁场不再对称，而是变成了某种“流线”。由于与行星际磁场的相互作用，变形地球磁场的两极各形成一个磁力线集中的“漏斗区”。当磁气圈受到扰动时，磁尾中的带电粒子被加速并沿着磁力线运动，像流水一样沿着漏斗边缘涌入“漏斗区”，并撞击高层大气中的气体分子和原子，导致后者被激发-去激发并发光，从而产生这种“鬼光”。

粒子在双极漏斗区沉淀(作者自画)

当太阳风暴发生时，磁层扰动变得严重，地磁风暴发生。这时，更多颜色的单色光将被激发。当这些光混合在一起时，就像彩色的霓虹灯一样，会出现彩色的、壮观的极光。

极光的出现

用图像类比，可以说极光活动就像地球磁层活动的电视直播画面。地球的磁层是一个巨大的电视显像管，它将进入高层大气的太阳风粒子流凝结成一束光，聚焦在地球的极地区域。沉降粒子是电视的电子束，地球磁场是引导磁场的电子束，地球极区的大气是荧光屏，极光是电视屏幕上的运动图像。生活在北极和南极的人们可以每天观看这种天然的巨型电视。

电子束击中荧光屏发光(从百度图片)

极光和太阳风暴

极光很迷人。然而，在这个美丽的极光背后隐藏着许多潜在的威胁。事实上，极光出现了，伴随着大量带电粒子进入地球大气层。极光越壮观，太阳风暴就越猛烈。

在地磁平静期间，地球的两个“漏斗区”沉降的粒子相对较少，极光显得相对平淡。如果我们乘坐宇宙飞船，穿过地球的南北两极，从遥远的太空向地球看，我们会看到地球磁极周围有一个闪亮的光环。这个环叫做“极光蛋”,它位于南纬67度和北纬67度之间。来自磁尾的大部分沉降粒子沉降在午夜一侧，所以午夜部分的极光卵看起来最宽最亮。极光出现最频繁的是这两个蛋形区域，分别称为北极光区和南极光区。

平静中的极光蛋(来自美国SWPC网站)

大多数常见的极光是底部边缘整齐且略微弯曲的圆弧极光，或者是弯曲且扭曲褶皱的漂浮带状极光。

南极绿色极光带(张摄)

国际空间站捕捉到的蛇形弧形北极光(来自美国宇航局/SPL/巴克罗夫特媒体有限公司)

被极光卵包围的内部区域是极冠区域，也就是说，最靠近并包围北极和南极的区域。在这个地区，极光比低纬度地区更不容易出现。换句话说，在北极和南极的核心区域看到极光并不容易。

在太阳风暴期间，来自太阳太阳风的大量带电粒子将涌入地球的磁尾。涌入地球“漏斗区”的粒子涓涓细流变成了粒子洪流。大量不同能级的带电粒子冲进地球大气层，与更多的大气成分如氮、氖、氦等分子或原子碰撞，产生各种极光。此时，南北极光的卵将会扩散到低纬度地区，在许多以前看不到极光的地方可以看到美丽的极光。

太阳风暴期间的极光蛋(照片来自电影探索。裸体。科学。太阳。风暴)

不同种类的带电粒子与不同种类的气体分子和原子碰撞，从而发出不同颜色的光，产生各种极光颜色。例如，当带电粒子与氧原子碰撞时，绿光或红光将被激发。巨大的粒子碰撞发生在广阔的地球大气空间中，产生了各种各样的极光形式，如云状极光斑块、磁力线方向上的射线状极光以及极光的面纱状帘幕。

北欧拉普兰(来自https://ecophiles.com/)的辐射

冰岛艾雅法拉火山上方的极光地幔(来自MSNBC网站)

阿拉斯加上空的蓝色极光(来自www.mimski.com/)

1859年8月和9月，历史上最严重的太阳风暴卡灵顿事件爆发了。在此期间，在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚部分地区观察到极光。在美国落基山脉，极光足够亮，可以让人们看到常见的字体。一些人坚持认为现在是白天，并开始准备早餐。“在纽约，成千上万的人跑到街上或屋顶上观看他们多年未见的美丽天空。《纽约时报》说:“人们一生中只能看到一两次这样的极光。“位于北纬23度的古巴哈瓦那的人们，那天晚上看到天空像血一样红，像火一样红。

美国阿卡迪亚国家公园上空的红色极光(迈克尔·梅尔福德)

极光背后

虽然极光很美，但它只是太阳风暴的副产品，它带来的危害值得我们关注。极光越亮，对应的磁暴就越强烈，这将导致长距离输电线路中的强电流，同时容易造成整个电网中的变压器故障，对输电线路造成严重干扰，从而造成部分地区暂时停电。1989年，一个强烈的极光出现在加拿大魁北克。伴随而来的磁暴瘫痪了魁北克省的电力供应系统，使得600万加拿大人断电9个小时。

1989年魁北克停电(摘自电影《发现》。裸体。科学。太阳。风暴)

大量带电粒子轰击地球大气层将影响电离层反射短波无线电的能力，导致短波通信被干扰或中断。此外，带电粒子的轰击加热了地球的高层大气，导致大气膨胀，增加了卫星的空气阻力，降低了卫星的高度，缩短了卫星的寿命。了解极光对于了解地球外层空间的结构、掌握空间天气、减少太阳风暴对地球的影响以及确保外层空间飞行器的安全具有重要意义。

小鸡蛋——观看极光的好地方和好时间

从极光的原理，我们可以看到极光的好地方不是在极地，而是在极光卵区。例如，北极光区域主要由阿拉斯加、加拿大北部、西伯利亚、格陵兰岛、冰岛南端和挪威北部海岸组成。在南极附近的南极光区。其中，阿拉斯加的费尔班克赢得了“北极光之都”的美称。

费尔班克斯上空的彩色极光(吉姆·亨德森)

我国最北部的漠河位于北纬53度，但由于磁纬度只有40度以上，极光只能在相对较强的磁暴时才能观测到。

漠河上空的极光(黄桂林拍摄)

既然我们知道极光更有可能发生在磁暴期间，我们怎么能提前知道磁暴的时间呢？根据中国科学院空间环境预测中心的预测经验，磁暴主要是由日冕物质抛射或日冕洞高速流引起的。然而，日冕物质抛射需要3天才能到达地球，而日冕洞高速流通常有27天的重现期，因此可以根据上述时间简单地预测磁暴的发生时间。