極光：最漂亮的自然奇觀之一

李忠東

2023年12月1日晚，北京、黑龍江漠河和大慶、內(nèi)蒙古額爾古納等多地出現(xiàn)極光現(xiàn)象。紅色、綠色將天空澄染得絢麗無比，點(diǎn)點(diǎn)星辰在極光中格外耀眼。美輪美奐的天空與白雪覆蓋的大地交相輝映，宛若夢境。軍見的視覺盛宴讓人大開眼界。

三個條件不可少

極光一般出現(xiàn)在80～500千米的高度范圍內(nèi)，它的產(chǎn)生有3個必要條件：大氣、磁場和高能帶電粒子，缺一不可。大氣提供了發(fā)光的物質(zhì)，磁場提供了導(dǎo)引帶電粒子的通道，高能帶電粒子則提供了激發(fā)大氣發(fā)光的能量。

地球是一個巨大的磁體，內(nèi)部存在著復(fù)雜而動態(tài)的磁場。地心有南極和北極，有一定的傾角和偏移，與地理學(xué)上南極和北極并不重合。地球磁場的強(qiáng)度和方向隨著地點(diǎn)和時間的變化而變化。一般來說，赤道處地球磁場最弱，兩極處地球磁場最強(qiáng)。地球磁場的外部形狀近似于一個由磁力線組成的橢球體。

太陽時刻都在進(jìn)行核聚變，除了給地球提供能量以外，核聚變還會不停產(chǎn)生大量高能帶電粒子。這些物質(zhì)噴涌而出，充斥整個太陽系，被形象地稱為太陽風(fēng)。地球磁場對太陽風(fēng)中的帶電粒子有著導(dǎo)引和捕獲作用，一部分帶電粒子被地球磁場反彈回太空，另一部分則沿著地球磁力線進(jìn)入極區(qū)大氣層，形成極光。

一般情況下，太陽的高能帶電粒子抵達(dá)地球附近時，地球磁場會把它們導(dǎo)引向兩極，所以極光經(jīng)常出現(xiàn)在南北緯度67度附近的兩個環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)。美國阿拉斯加州的費(fèi)爾班克斯，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”。冰島整個國家都在極光帶上，是北半球受歡迎的觀測極光地。

如果抵達(dá)地球的太陽高能帶電粒子特別強(qiáng)，就會和地球磁場相互作用產(chǎn)生地磁暴。有些高能帶電粒子在中緯度或者低緯度地區(qū)進(jìn)入大氣層，由此擴(kuò)大了極光發(fā)生的范圍，使原本常見于高緯度地區(qū)的極光，也會在中低緯度地區(qū)乃至赤道地區(qū)出現(xiàn)，比如2023年11月初，極光就罕見地在意大利和美國得克薩斯州現(xiàn)身。

多姿移態(tài)有聲育

地球磁場就如同盾牌一般，抵擋住太陽風(fēng)，使它無法直接吹到地球，而在地球磁場的作用下圍繞地球儲存起來。當(dāng)儲存的能量飽和時，它才會沿著磁力線跑到地球大氣層。在與大氣相互碰撞后，大氣中的原子和分子獲得能量并釋放，就形成了讓我們大飽眼福的極光。

極光千姿百態(tài)，絢麗無比，變化莫測，有時穩(wěn)定，有時變化，有時單一，有時復(fù)雜，有時明亮，有時暗淡，主要取決于帶電粒子的能量、密度、分布、方向，磁場的強(qiáng)度、方向、變化，以及大氣層的成分、密度、溫度、壓強(qiáng)等因素。極光會像一條展開的顏色較淡的天河，隨著夜色加深，色彩逐漸變濃、變綠，還會出現(xiàn)粉色、藍(lán)紫色和紅色。

勻光弧極光是最常見也最簡單的極光形態(tài)，通常出現(xiàn)在太陽風(fēng)較弱時，顏色為淡綠或淡紅。它呈現(xiàn)為一條或多條平行于地平線的弧形亮帶，持續(xù)時間較長，通常是靜止或緩慢移動。

射線式光柱極光通常出現(xiàn)在太陽風(fēng)較強(qiáng)時，由許多垂直于地平線的細(xì)長亮柱組成，顏色為綠、紅、紫等，較為復(fù)雜壯觀。它持續(xù)時間較短，快速移動或閃爍，變化較快。

射線式光弧光帶極光介于勻光弧極光和射線式光柱極光之間，由許多射線式光柱沿著一條或多條勻光弧排列而成，通常呈綠色、紅色或紫色。它通常出現(xiàn)在太陽風(fēng)較強(qiáng)時，持續(xù)時間較短，變化較快。

簾幕狀極光由許多射線式光柱沿著一條或多條曲折變化的弧形亮帶排列而成，亮帶上又有許多細(xì)小的射線或條紋，細(xì)節(jié)和層次豐富，通常呈綠色或紫色，是最精彩也最復(fù)雜的極光形態(tài)。它通常出現(xiàn)在太陽風(fēng)較強(qiáng)時，持續(xù)時間較短，變化較快。

極光冕由許多射線式光柱從一個點(diǎn)向四周放射而成，通常呈綠色或紫色。它通常出現(xiàn)在太陽風(fēng)最強(qiáng)時，持續(xù)時間最短，變化最快。

北極光絢爛美麗，而伴隨發(fā)生的還有一種很神秘的聲音。科學(xué)家在觀測點(diǎn)記錄下了北極光的聲音并加以分析，認(rèn)為它們產(chǎn)生于距離地表70米的空中。

被記錄下來的極光聲音像一種含混不清的爆裂聲，持續(xù)時間不長。也有些極光的聲音是一種噼啪聲，聲音有一種距離感，仿佛很遠(yuǎn)?？茖W(xué)家推測，極光聲音產(chǎn)生的背后可能有若干不同的原理：一是極光發(fā)出的電磁波與地面或空氣中的物質(zhì)相互作用的結(jié)果；二是極光激發(fā)了大氣中的電暈放電，電暈放電指由于電場強(qiáng)度過大，導(dǎo)致空氣等不導(dǎo)電的介質(zhì)被擊穿，而形成的放電現(xiàn)象，伴有藍(lán)色輝光和咝咝聲；三是極光改變了大氣中溫度和壓力的分布，導(dǎo)致空氣流動和震動；四是極光引起了人類或動物的心理或生理反應(yīng)，導(dǎo)致聽覺錯覺或幻聽。

與地磁暴有關(guān)系

太陽黑子指太陽光球表面有時出現(xiàn)的一些暗的區(qū)域，是太陽表面可以看到的最突出的現(xiàn)象。黑子活動區(qū)是太陽光球表面磁場最強(qiáng)、能量最密集的地方，地球上天氣或氣候反常，均與太陽黑子活動有密切關(guān)系。

在太陽黑子強(qiáng)大的磁場驅(qū)動下，大量日冕物質(zhì)被高速拋離太陽表面，形成類似爆炸的沖擊波，沖擊波快速傳遞到太陽系的各處。日冕物質(zhì)不但具有由巨大質(zhì)量和速度匯聚成的動能，而且攜帶著強(qiáng)大的磁場能，一旦命中地球，就會引發(fā)地球磁場方向與大小的變化，即地磁暴。

地磁暴會影響無線電波的傳播，干擾地面通信和衛(wèi)星信號，影響導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的精確度以及手機(jī)和衛(wèi)星電視的信號質(zhì)量。與此同時，它可能會對電力傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生影響，增加輸電線路的電流負(fù)荷，甚至可能導(dǎo)致變壓器或其他電網(wǎng)設(shè)施損壞，引起電力中斷。地磁暴產(chǎn)生的高能粒子還會對在軌衛(wèi)星造成損害，影響它們的正常運(yùn)作，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或衛(wèi)星功能故障。磁暴期間的輻射增加可能對宇航員產(chǎn)生安全問題，通常需要采取額外的防護(hù)措施。

另一方面，飛行在高緯度地區(qū)的飛機(jī)可能會因?yàn)榈卮疟┒艿礁咚降妮椛?，航空公司有時要改變航線以減少乘客和機(jī)組人員的輻射暴露。

由于持續(xù)時間不長，地磁暴對人體的影響很小，可以忽略不計，但也有理論認(rèn)為，強(qiáng)烈的地磁暴可能會影響動物的遷徙和導(dǎo)航能力。

當(dāng)然啦，地磁暴帶來的不全是壞事，比如極光的發(fā)生。

中國氣象局國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心持續(xù)監(jiān)測相關(guān)太陽活動，并根據(jù)太陽黑子數(shù)變化情況來判斷太陽活動的勢頭。目前正處在太陽第25活動周的上升期，并且正在往極大值時期發(fā)展，2024年仍然是太陽活動的高年。這就意味著在這個冬天里，我國北方還有看到極光的可能。

冬天，你會去北方看北極光嗎？