極光

根據關于極光分布情況的研究，極光區的形狀不是以地磁極為中心的圓環狀，而是卵形。極光的光譜線范圍約為3100～6700埃，其中最重要的譜線是5577埃的氧原子綠線，稱為極光綠線。

大多數極光出現在地球上空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。

由于地磁場的作用，

極光(20張)

 這些高能粒子轉向極區，所以極光常見于高磁緯地區。在大約離磁極25°～30°的范圍內常出現極光，這個區域稱為極光區。在地磁緯度45°～60°之間的區域稱為弱極光區，地磁緯度低于45°的區域稱為微極光區。

按照極光的形態分類，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。

按激光激發粒子類型，可分為電子極光、質子極光等。

按照極光發生區域，可分為極蓋極光、極光帶極光 、中緯極光紅弧等

極光出現于星球的高磁緯地區上空，是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光，來自地球磁層和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（或電離）而產生。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。極光不只在地球上出現，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。[1] 

極光一般只在南北兩極的高緯度地區出現，但是2010年8月1日的太陽風暴恰好面向地球爆發，攜帶大量帶電粒子的太陽風準確無誤地“擊中”地球，與地球磁場相互作用產生“磁暴”，使美國密西密歇根州、丹麥和英國等緯度稍低的地區都能夠看到美麗的北極光景觀。專家稱，這一次的太陽風暴并沒有像事先推測的那樣破壞全球的衛星和電信系統，卻給地球帶來一場壯麗的“焰火盛會”。[2] 

許多世紀以來，這一直是人們猜測和

極光(5張)

 探索的天象之謎。從前，愛斯基摩人以為那是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬。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）。

隨著科技的進步，極光的奧秘也越來越為我們所知——原來，這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品。在太陽創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。太陽風在地球上空環繞地球流動，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。兩極的高層大氣，受到太陽風的轟擊后會發出光芒，形成極光。在南極地區形成的叫南極光，在北極地區形成的叫北極光。

在過去，有些理論被用來解釋這種現象，但都已經過時了：

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。這個模型的問題包括本身缺乏在極區的極光、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；

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，陷在輻射帶內的都是高能的帶正電離子，而在極光內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。另一方面，太陽風的能量主要都留駐在帶正電的離子，電子只有0.5eV，而在尖點上會上升至50～100eV，這仍然遠低于極光的能量。

1890年，挪威物理學家柏克蘭認為，離地球1.5億千米的 太陽幾乎連續不斷地向地球放射物質點。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，結果約有1%的質點鉆入北磁極附近的大氣層。每顆太陽質點含有等于1000伏特的電力。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成的分子相遇，原子吸收了太陽質點所含的一部分能量時，立即又將這能量釋放出來而產生極強的光，氧發出綠色和紅色的光，氮則發出紫、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。

許多科學家正在對極光作深入的研究。人們看到的極光， 主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決于沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視屏幕，地球磁場為電子束導向磁場�？茖W家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。例如，通過極光譜分析可以了解沉降粒子束來源，粒子種類，能量大小，地球磁尾的結構，地球磁場與行星磁場的相互作用，以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等。

極光雖然美麗，但是在地球大氣層中投下的能量，可以與全世界各國發電廠所產生電容量的總和相比。這種能量常常攪亂無線電和雷達的信號。極光所產生的強力電流，也可以集結在長途電話線或影響微波的傳播，使電路中的電流局部或完全“損失”，甚至使電力傳輸線受到嚴重干擾，從而使某些地區暫時失去電力供應。怎樣利用極光所產生的能量為人類造福，是當今科學界的一項重要使命。

根據美國國家航空航天局“瑟宓斯衛星任務”（2007/12）（Themis mission）傳回的新數據，科學家發現太陽釋放的帶電粒子像一道氣流飛向地球，碰到北極上空磁場時又形成若干扭曲的磁場，帶電粒子的能量在瞬間釋放，以燦爛眩目的北極光形式呈現，而地球的極光主要只有紅、綠二色是因為在熱成層的氮氣和氧原子被電子碰撞，分別發出紅色和綠色光。瑟密斯衛星任務的5個人造衛星群于2007年2月成功發射升空，3月在阿拉斯加和加拿大上空偵測到北極光出現兩小時，同一時間衛星也偵測到帶電粒子流接觸到北極磁場。而讓安吉羅波洛斯驚訝的是，帶電粒子和磁場接觸形成的地磁風暴以每分鐘650公里的速度掠過空中，威力相當于芮氏規模5.5級的地震。

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星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結構。

極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線（Field line）集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞并激發，產生光芒，形成極光。經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象，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。

地球磁層磁力線攜帶太陽風的能量進入地球內部，進而驅動了地磁場的形成。在這磁層磁 力線閉合環路上除了有地球內部的導電體之外，另外還有大氣層的電離層-這一弱導電體。當太陽風強烈時，磁力線能量遇到地球內部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，于是就在電離層處形成了極光。