美丽的极光

在地球南北两极附近的天空中，明亮而美丽的灯光经常在晚上出现。有时它看起来像一条丝带，有时它看起来像一团火焰，有时它看起来像一个巨大的彩色屏幕。它轻轻浮动，同时变暗和变亮，发出红、蓝、绿和紫色的光。极地的寂静突然因它的出现而活跃起来。这一壮丽动人的景象被称为极光。

人们认识极光至少有2000年了，所以极光一直是许多神话的主题。在中世纪早期，许多人认为奥罗拉是一个穿越天空的勇士。在北极地区，因纽特人相信极光是上帝创造的，为刚刚死去的人照亮通往天堂的道路。随着科学技术的进步，奥罗拉的神秘正变得越来越为我们所知。原来，这美丽的景色是太阳和大气合作的结果。

极光是由大气层外的高能粒子(电子和质子)对高层大气中的原子的撞击造成的。这种相互作用经常发生在地球磁极周围的区域。现在已经知道，作为太阳风一部分的带电粒子被地球磁场捕获，并在到达地球附近时向磁极下落。它们与氧原子和氮原子碰撞，撞击掉电子，变成激发态离子，这些离子发出不同波长的辐射，并产生极光特有的颜色，如红色、绿色或蓝色。在太阳活动的高峰期，极光有时会延伸到中纬度地区。例如，在美国，从南纬40度一直可以看到北极光。极光有许多形状，如窗帘、弧形、带状和射线。均匀发光的弧形极光是最稳定的形状，有时能保持几个小时而没有明显变化。然而，大多数其他形状的极光通常表现出快速的变化。弧形折叠极光的下边缘轮廓通常比上端更明显。极光终于向地极退去，辉光逐渐消失在弥漫的白色天空中。极光动力学变化的机制仍被完全理解。在太阳产生的能量形式中，比如光和热，有一种叫做“太阳风”。这是一股强大的带电亚原子粒子流，可以覆盖地球。太阳风围绕地球流动，以每秒400公里的速度撞击地球磁场。磁场使粒子流偏向地球磁极，导致带电粒子与地球高层大气发生化学反应，形成极光。南极光是在南极形成的。这种现象在北极地区也可以看到，通常被称为北极光。

大多数极光出现在地球上方90-130公里处。但是有些极光要高得多。1959年，北极光的高度为160公里，宽度超过4800公里。城市的灯光和地平线上的高层建筑可能会阻止我们看到光，所以最好的极光只能在开阔的乡村里才能看到。在加拿大的丘吉尔，一年有300个夜晚可以看到极光。在佛罗里达，平均一年只有四次。漠河是中国最北的地方，也是观赏极光的好地方。

18世纪中叶，瑞典地球物理观测站的科学家发现，当观测站观测到极光时，地面上的罗盘指针会显示方向的不规则变化，范围高达1度。与此同时，伦敦地磁台也记录了类似的现象。因此，他们认为极光与地磁场的变化有关。事实证明，极光是太阳风和地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子。当它吹过地球时，它会受到地球磁场的影响。地球磁场的形状像一个漏斗，其顶端朝向地球的北极和南极，因此来自太阳的带电粒子沿着地球磁场的“漏斗”沉降下来，进入地球的极地区域。两极的高层大气在受到太阳风的轰击后会发光，形成极光。高层大气由多种气体组成，不同元素的气体被轰击后发出的光的前颜色是不同的。例如，当氧气被激发时，它会发出绿光和红光，当氮气被激发时，它会发出紫光，当氩气被激发时，它会发出蓝光，因此极光看起来是彩色的和可变的。科学家们已经知道地球的磁场是不对称的。在太阳风的吹动下，它变成了某种“流线型”。也就是说，面向太阳的磁力线被大大压缩，但是在相反的方向，一条长的、像彗星一样的地球磁尾被拉了出来。磁尾的长度至少是地球半径的1000倍。由于日地空间中与行星际磁场的耦合效应，在变形地球磁场的极外侧形成了一个磁场强度非常弱的窄极区。因为等离子体具有“冻结”磁力线的特性，太阳风粒子不能穿过地球磁场，而只能通过极地区域进入地球磁尾。当太阳活动剧烈变化时(例如耀斑爆发)，地球磁气圈中的亚暴经常被引起。所以这些带电粒子被加速并沿着磁力线运动。这些带电粒子从极地注入地球，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。不同的分子和原子产生不同颜色的光，这些单色光混合在一起形成多彩的极光。事实上，人们看到的极光主要是由带电粒子流中的电子引起的。此外，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用图像类比，可以说极光活动就像磁层活动的电视直播画面。沉降粒子是电视机的电子束，地球大气是电视屏幕。地球磁场是电子束导向磁场。科学家们从这台天然的大电视上获得了许多关于磁层和日地空间电磁活动的信息。例如，极谱分析可用于了解沉降粒子束的来源、粒子类型、能量大小、地球磁尾的结构、地球磁场和行星磁场之间的相互作用，以及太阳扰动对地球的影响方式和程度。

极光的形成与太阳活动密切相关。当太阳活动极高时，你可以看到比平常更壮观的极光。在许多以前看不到极光的低纬度地区，也可以看到极光。2000年4月6日晚，极光出现在北欧和美洲大陆。极光在地球的北半球并不常见，甚至在美国南部的佛罗里达和德国中部和南部的广大地区也不常见。那天晚上，红色、蓝色和绿色的光充满了夜空，场面非常壮观。虽然这是一个罕见的祝福，但在过去平淡的天空突然出现灿烂的色彩，造成许多地区的恐慌。据德国波鸿天文台台长卡明斯基称，当晚德国莱茵地区北部警察局和天文台的电话一直在打，有些人甚至怀疑又发生了一起煤气泄漏事件。极光现象是由在160公里高空观测太阳的宇宙飞船“太空探索号”发现的，并发出了警告。北京时间4月7日上午12点30分，太空飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风经过。此外，太阳风突然从每秒375公里加速到每秒600公里。一小时后，太阳风到达了地球大气层的外缘，向我们展示了一个罕见的奇迹。