極光相關

()極光

極光（Polarlight，aurora）是由於太陽帶電粒子（太陽風）進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區的高空，夜間出現的燦爛美麗的光輝。在南極稱為南極光，在北極稱為北極光

極光的形態

極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比，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兩極空氣中嬉戲無常、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；有的色彩紛紜，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；有的猶如綵綢或緞帶拋向天空，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，猶如窗帘幔帳；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

產生

極光（Aurora或Polarlight或Northernlight）出現於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，由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、太陽風。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。

早期觀點

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。

科學研究觀點

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。這些繽紛的色彩組成了綺麗壯觀的極光景象。

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。

過去的理論

在過去，有些理論被用來解釋這種現象，但現在都已經過時了。

1.本傑明?佛蘭克林（BenjaminFranklin）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、而且在近期內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夥伴大約在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。不久之後，很明顯的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,這適用於極光的尖點，但在間點之外，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，這仍然遠低於極光的能量。

現代的理論

根據美國國家航空航天局「瑟宓斯衛星任務」（2007/12）（Themismission）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破撞，分別發出紅色和綠色光。

這項研究是由美國加州大學洛杉磯分校的安吉羅波洛斯主持，其研究結果已於2007年12月9日在「美國地球物理聯合會」的學術會議中發表。

瑟密斯衛星任務的5個人造衛星群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，威力相當於芮氏規模5.5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（Fieldline）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並激發，產生光芒，形成極光。

在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光，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」。

極光產生原理

極光是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°的範圍內常出現極光，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公里，極大發光處的高度離地面約110公里左右，正常的最高邊界為離地面300公里左右，在極端情況下可達1000公里以上。根據近年來關於極光分佈情況的研究，極光區的形狀不是以地磁極為中心的圓環狀，而是卵形。極光的光譜線範圍約為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。

太陽風攜帶的粒子進入地球南北極磁場后切割磁力線發出的光線：類似韌致輻射

極光是能量進入地磁場的鐵證

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，於是就在電離層處形成了極光。

在地球上，極光是磁極地區上空的彩色發光現象。一般呈帶狀、弧狀、幕狀或放射狀。這些形狀有時穩定有時作連續性變化。它們有著五顏六色的光輝，像飄舞的彩帶，又像萬里長虹。在大約離磁極25°～30°的範圍內會常出現極光，這個區域稱為極光區或者稱為極光橢圓帶。

之前，公認理論認為：極光是太陽風攜帶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。這種解釋一開始讓人感覺蠻有點道理，但是仔細分析會發現，這是個根本不能成立的解釋。

太陽風裡的帶電粒子每立方厘米只有幾個，就是讓它們全發光，你也看不見它們。更何況讓它們去撞擊氣體粒子，它們被撞到的概率更是微乎其微。再說說帶電粒子的沉降！誰要能讓帶電粒子像灰塵一樣沉降，我就可以拿個瓶子把電裝起來，呵呵。當年斯托默就想計算極光的帶電粒子，不想它早跑到輻射帶里去了。

就算之前假設全都成立，按照帶電粒子撞擊氣體粒子形成極光理論，極光在極尖區應該是一個柱狀體，而不應該是一個扁平環。而且扁平環處是極強磁場區；扁平環－極光橢圓帶也並不在極尖區之內，太陽風是到達不了那裡的。還有就是南北極光是共軛飛舞的，這也是帶電粒子撞擊氣體粒子形成極光理論所不可能解釋的現象。

[1]

太陽風的速度平均也就是400千米每秒，而電磁場的變化速度是接近30萬千米每秒。如果同時看到南北兩極的極光共同鏡像飛舞，無論極光是地球的、土星的、或者是木星的，那都是一種視覺享受。訊息萬變的極光形態以及色彩變化，這都是太陽風的速度所做不到的事情。

觀念的改變有時會使人豁然開朗，如果用磁力線攜帶能量在電離層處形成極光的解釋來看待地球磁層結構的變化。我們會發現有好多疑難問題都可以得到解決。例如空間科學的磁重聯、磁亞暴等許多爭論多年疑問就都能夠理順了。

編輯本段極光的分類

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**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