極光是怎樣產生的?

General 更新 2023年10月15日

極光是怎樣產生的

在地球兩極，經常出現絢麗多彩的極光。極光是怎樣產生的？它是由於遠離地球1.5億公里的太陽，連續不斷地向各個方向發射高速粒子流（通常稱作“太陽風”），因地球磁場的阻擋作用，粒子流只能進入地球兩極的大氣層中，在那裡與大氣中的粒子發生碰撞，迸發出耀眼的光線，這就是極光。最近，據科學研究得知，極光是出現在兩極地區97-500公里高空的一種非常強大的放電現象。極光宛如天空中一個強大的發電機，能發出高達1億千瓦的電力。如此強大的能量常常擾亂無線電通信，甚至使電子傳輸線發生故障，曾使加拿大、美國北部及北歐廣大地區暫時失去電力供應。人類對極光的研究是很重視的，挪威、瑞典和芬蘭三國是世界的極光研究中心。威力強大的太陽爆發，每11年發生1次，這時極光的能量最大。今年又是太陽活動劇烈的年份，科學家們正積極準備蒐集有關極光的資料，在世界各地安置了100多架遠距極光攝影機，在瑞典、芬蘭深入北極圈內的兩個地區，建立了三座靈敏的雷達站，以探測太空中極光的活動狀況。有人曾設想，在靠近北極的地區，建造一座100多公里高的巨型鐵塔，把極光的巨大電能引下來，為人類造福。在科學技術高度發展的今天，將極光作為能源的設想一定會實現。

極光是怎麼形成的？

人們知道極光至少己有2000年了，因此極光一直是許多神話的主題。在中世紀早期，不少人相信，極光是騎馬奔馳越過天空的勇士。在北極地區，紐因特人認為，極光是神靈為最近死去的人照亮歸天之路而創造出來的。隨著科技的進步，極光的奧祕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。

產生極光的原因是來自大氣外的高能粒子（電子和質子）撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發生在地球磁極周圍區域。現在所知，作為太陽風的一部分荷電粒子在到達地球附近時，被地球磁場俘獲，並使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態的離子，這些離子發射不同波長的輻射，產生出紅、綠或藍等色的極光特徵色彩。在太陽活動盛期，極光有時會延伸到中緯度地帶，例如，在美國，南到北緯40度處還曾見過北極光。極光有發光的帷幕狀、弧狀、帶狀和射線狀等多種形狀。發光均勻的弧狀極光是最穩定的外形，有時能存留幾個小時而看不出明顯變化。然而，大多數其他形狀的極光通常總是呈現出快速的變化。弧狀的和摺疊狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯。極光最後都朝地極方向退去，輝光射線逐漸消失在瀰漫的白光天區。造成極光動態變化的機制尚示完全明瞭。

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”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該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，磁場使該顆粒流偏向地磁極，從而導致帶電顆粒與地球上層大氣發生化學反應，形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區同樣可看到這一現象，一般稱之為北極光。

大多數極光出現在地球上空90～130千米處。但有些極光要高得多。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。在地平線上的城市燈光和高層建築可能會妨礙我們看極光，所以最佳的極光景象要在鄉間空曠地區才能觀察得到。在加拿大的丘吉爾城，一年在有300個夜晚能見到極光；而在佛羅里達州，一年平均只能見到4次左右。我國最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。

18世紀中葉，瑞典一家地球物理觀象臺的科學家發現，當該臺觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現不規則的方向變化，變化範圍有1度之多。與此同時，倫敦的地磁臺也記錄到類似的這種現象。由此他們認為，極光的出現與地磁場的變化有關。原來，極光是太陽風與地球磁場相互作用的結果。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，當它吹到地球上空時，會受到地球磁場的作用。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，受到太陽風的轟擊後會發出光芒，形成極光。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊後所發出光的前面色不一樣。例如氧被激後發出綠光和紅光，氮被激後發出紫色的光，氬被激後發出藍色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。

科學家已經瞭解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的、形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。由於與日地空間行星際磁場的偶合作用，變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強度很弱的極尖區。因為等離子體具“凍結”磁力線特性，所以太陽風粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區進入地球磁尾。當太陽活動發生劇烈變化時(如耀斑爆發)，常引起地球磁層亞暴。於是這些帶電粒子被加速，並沿磁力線運動從極區向地球注入，......

極光是怎樣形成的？

極光的形成和太陽活動、地磁場與高空大氣都有密切關係。由於太陽的激烈活動，放射出無數的帶電微粒，當帶電微粒流射向地球進入地球磁場的作用範圍時，受後者的影響，便沿著地球磁力線高速進入到南北磁極附近的高層大氣中，與氧原子、氮分子等質點碰撞，使它們激發，由此產生極光。

極光是怎樣產生的？

而地球的極光，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（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。