極光_大眾科普網

極光

極光，英文:polarlight(aurora)極光
在地球南北兩極附近地區的高空，夜間常會出現燦爛美麗的光輝。它輕盈地飄蕩，同時忽暗忽明，發出紅的、藍的、綠的、紫的光芒。這種壯麗動人的景象就叫做極光。
極光多種多樣，五彩缤紛，形狀不一，绮麗無比，在自然界中還沒有哪種現象能與之媲美。任何彩筆都很難繪出那在嚴寒的北極空氣中嬉戲無常、變幻莫測的炫目之光。
極光有時出現時間極短，猶如節日的焰火在空中閃現一下就消失得無影無蹤；有時卻可以在蒼穹之中輝映幾個小時；有時像一條彩帶，有時像一團火焰，有時像一張五光十色的巨大銀幕；有的色彩紛纭，變幻無窮；有的僅呈銀白色，猶如棉絮、白雲，凝固不變；有的異常光亮、掩去星月的光輝；有的又十分清淡，恍若一束青絲；有的結構單一，狀如一彎弧光，呈現淡綠、微紅的色調；有的猶如彩綢或緞帶拋向天空，上下飛舞、翻動；有的軟如紗巾，隨風飄動，呈現出紫色、深紅的色彩；有時極光出現在地平線上，猶如晨光曙色；有時極光如山茶吐艷，一片火紅；有時極光密聚一起，猶如窗簾幔帳；有時它又射出許多光束，宛如孔雀開屏，蝶翼飛舞。
[編輯本段]極光產生
許多世紀以來，這一直是人們猜測和探索的天象之謎。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，因而屬於等離子態。太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公裡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，受到太陽風的轟擊後會發出光芒，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。
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，尋找鑽入的空隙，結果約有1％的質點鑽入北磁極附近的大氣層。每顆太陽質點含有等於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。這些缤紛的色彩組成了绮麗壯觀的極光景象。
目前，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於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。科學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。
極光不但美麗，而且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。
極光常常出現於緯度靠近地磁極地區上空大氣中的彩色發光現象。一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定有時作連續性變化。極光是來自太陽活動區的帶電高能粒子“可達1萬電子伏”流使高層大氣分子或原子激發或電離而產生的。由於地磁場的作用，這些高能粒子轉向極區，所以極光常見於高磁緯地區。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，地磁緯度低於45°的區域稱為微極光區。極光下邊界的高度，離地面不到100公裡，極大發光處的高度約110公裡左右，正常的最高邊界為300公裡左右，在極端情況下可達1000公裡以上。根據近年來關於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，而是更像卵形。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。早在2000多年前，中國就開始觀測極光，有著豐富的極光記錄。
[編輯本段]極光的形態
極光按形態可分為：
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按觀測的電磁波波段分為：
光學極光無線電極光按激發粒子類型可分為：
電子極光質子極光按發生區域可分為：
極光帶極光極蓋極光中緯極光紅弧
[編輯本段]木星上的極光
最近，南歐洲天文台發表了在二〇〇〇年十一月拍攝到木星上極光的照片，和木星兩極上空的煙霧，這是科學家第一次清楚拍攝到木星兩極的情況。
木星(jupiter)離地球(earth)約六億一千萬公裡，過去，科學家曾經利用太空總署(nasa)的哈勃太空望遠鏡(hubblespacetelescope)，拍攝到木星極光(aurora)的照片，不過，使用南歐洲天文台(europeansouthernobservatory)的紅外線(infrared)望遠鏡，科學家可以更清楚地觀察到木星極光和北極上空的煙霧(haze)。
科學家指出，極光是環繞木星的磁軸(magneticaxis)，而這些煙霧，是環繞著木星的旋轉軸(rotationaxis)，是在極光環之下；煙霧是受到木星上的地帶風(zonalwinds)影響，這些地帶風是在同一緯度(latitude)上移動的；科學家相信，木星以十小時一次的迅速自轉，也會影響兩極上空煙霧的移動。
[編輯本段]土星和木星的極光形成過程可能非常相似
對土星極光發射所做的一項新的研究，發現了一個二級極光卵形環（auroraloval），亮度是主極光卵形環的四分之一。主極光卵形環是十多年前首次在哈勃太空望遠鏡的圖像中看到的，此後其形態已被詳細確定，但關於其起源一直存在爭論。一種理論認為，它們是地球上所看到的極光卵形環（主要由與太陽風的相互作用形成）和木星上的極光卵形環（由與等離子流的相互作用形成）之間的一個混合結構。但土星二級極光卵形環的性質表明，它是木星主極光卵形環的一個弱對應體，它之所以相對較暗，是由於土星沒有一個像“木衛一”（有火山噴發活動）這樣的大型離子源。現在看來，土星和木星上的極光形成過程是非常相似的，其外觀的差別是由比例尺差別造成的。
[編輯本段]中國傳說
1.相傳公元前兩千多年的一天，夜來臨了。隨著夕陽西沉，夜已將它黑色的翅膀張開在神州大地上，把遠山、近樹、河流和土丘，以及所有的一切全都掩蓋起來。一個名叫附寶②的年輕女子獨自坐在曠野上，她眼眉下的一灣秋水閃耀著火一般的激情，顯然是被這清幽的夜晚深深地吸引住了。夜空像無邊無際的大海，顯得廣闊。安詳而又神秘。天幕上，群星閃閃爍爍，靜靜地俯瞰著黑魆魆的地面，突然，在大熊星座③中，飄灑出一縷彩虹般的神奇光帶，如煙似霧，搖曳不定，時動時靜，像行雲流水，最後化成一個碩大無比的光環，萦繞在北斗星的周圍。其時，環的亮度急劇增強，宛如皓月懸掛當空，向大地瀉下一片淡銀色的光華，映亮了整個原野。四下裡萬物都清晰分明，形影可見，一切都成為活生生的了。附寶見此情景，心中不禁為之一動。由此便身懷六甲，生下了個兒子。這男孩就是黃帝軒轅氏。以上所述可能是世界上關於極光的最古老神話傳說之一。
2.在我國的古書《山海經》中也有極光的記載。書中談到北方有個神仙，形貌如一條紅色的蛇，在夜空中閃閃發光，它的名字叫觸龍。關於觸龍有如下一段描述：“人面蛇身，赤色，身長千裡，鐘山之神也。”這裡所指的觸龍，實際上就是極光。
[編輯本段]匹茲堡的極光
美國匹茲堡磁緯高得多，就比北京看到極光的機會大多了。2004年11月7日晚,較強極光出現在匹茲堡.肉眼能看出綠色,紅色.。2003年11月20日傍晚,極光出現在匹茲堡南方地平線!一小時後消退.半夜時又出現在北方低空.。2003年10月30日出現在匹茲堡的極光，雖然是在光污染嚴重的市內,但仍能看到紅色的光芒。
[編輯本段]外國傳說
極光這一術語來源於拉丁文伊歐斯一詞。傳說伊歐斯是希臘神話中“黎明”（其實，指的是晨曦和朝霞）的化身，是希臘神泰坦的女兒，是太陽神和月亮女神的妹妹，她又是北風等多種風和黃昏星等多顆星的母親。極光還曾被說成是獵戶星座的妻子。在藝術作品中，伊歐斯被說成是一個年輕的女人，她不是手挽個年輕的小伙子快步如飛地趕路，便是乘著飛馬駕挽的四輪車，從海中騰空而起；有時她還被描繪成這樣一個女神，手持大水罐，伸展雙翅，向世上施捨朝露，如同我國佛教故事中的觀音菩薩，普灑甘露到人間。
[編輯本段]極光之美
極光不僅是個光學現象，而且是個無線電現象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無線電波。有人還說，極光能發出各種各樣的聲音。極光不僅是科學研究的重要課題，它還直接影響到無線電通信，長電纜通信，以及長的管道和電力傳送線等許多實用工程項目。極光還可以影響到氣候，影響生物學過程。當然，極光也還有許許多多沒有解開的謎。極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。如果我們乘著宇宙飛船，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空向地球望去，會見到圍繞地球磁極存在一個閃閃發亮的光環，這個環就叫做極光卵。由於它們向太陽的一邊有點被壓扁，而背太陽的一邊卻稍稍被拉伸，因而呈現出卵一樣的形狀。極光卵處在連續不斷的變化之中，時明時暗，時而向赤道方向伸展，時而又向極點方向收縮。處在午夜部分的光環顯得最寬最明亮。長期觀測統計結果表明，極光最經常出現的地方是在南北磁緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，分別稱作南極光區和北極光區。在極光區內差不多每天都會發生極光活動。在極光卵所包圍的內部區域，通常叫做極蓋區，在該區域內，極光出現的機會反而要比緯度較低的極光區來得少。在中低緯地區，尤其是近赤道區域，很少出現極光，但並不是說壓根兒觀測不到極光。1958年2月10日夜間的一次特大極光，在熱帶都能見到，而且顯示出鮮艷的紅色。這類極光往往與特大的太陽耀斑暴發和強烈的地磁暴有關。在寒冷的極區，人們舉目瞭望夜空，常常見到五光十色，千姿百態，各種各樣形狀的極光。毫不誇大地說，在世界上簡直找不出兩個一模一樣的極光形體來，從科學研究的角度，人們將極光按其形態特征分成五種：一是底邊整齊微微彎曲的圓弧狀的極光孤；二是有彎扭折皺的飄帶狀的極光帶；三是如雲朵一般的片朵狀的極光片；四是面紗一樣均勻的帳幔狀的極光幔；五是沿磁力線方向的射線狀的極光芒。
極光形體的亮度變化也是很大的，從剛剛能看得見的銀河星雲般的亮度，一直亮到滿月時的月亮亮度。在強極光出現時，地面上物體的輪廓都能被照見，甚至會照出物體的影子來。最為動人的當然是極光運動所造成的瞬息萬變的奇妙景象。我們形容事物變得快時常說：“眼睛一眨，老母雞變鴨。”極光可真是這樣，翻手為雲，覆手為雨，變化莫測，而這一切又往往發生在幾秒鐘或數分鐘之內。極光的運動變化，是自然界這個魔術大師，以天空為舞台上演的一出光的活劇，上下縱橫成百上千公裡，甚至還存在近萬公裡長的極光帶。這種宏偉壯觀的自然景象，好像沾了一點仙氣似的，頗具神秘色彩。令人歎為觀止的則是極光的色彩，早已不能用五顏六色去描繪。說到底，其本色不外乎是紅、綠、紫、藍、白、黃，可是大自然這一超級畫家用出神入化的手法，將深淺濃淡、隱顯明暗一搭配、一組合，好家伙，一下子變成了萬花

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