本文目录导航：
请问,天象中的极光是怎样一回事?
当极光出现,寓居於南北极圈的人会看见夜空有不时变动的漂亮光芒.很多人认为极光的构成与地球以外的太空有关,其实极光的成因与太阳黑子有很大的相关.在咱们引见极光的成因之前,不如让咱们先对太阳作一点较深化的了解.大家都知道,太阳是一个十分热的火球.它的外表温度大概是六千度.每时每刻,太阳外表都会将少量粒子往外太空射进来.这就是天文学家经常提到的太阳风.生存在香港的咱们,兴许没无时机看见极光.但对於寓居在极北或极南地域的人们,极光是一场奥秘的夜空之舞.闪动的浅绿色光弦状态在不时地变动,就像轻柔的窗帘,被和风所牵动,婉延在平静而凛冽的夜空中.极光的光度会扭转,当它最明亮的时刻,多种颜色相继出现,璀灿顺眼.极光究竟是甚麼 很久以前,人们认为极光只是太阳光被天上庞大的冰块反射而成的,但当迷信家剖析极光的光谱时,发现它与太阳的光谱并不相似,由此否认了这个说法.另一方面,极光的光谱却和一些气体在极高电压下放电的光谱有不少相似之处.理想上,极光是地球大气高层的气体分子或原子受来自太阳的高能电子碰撞后发射的.便捷来说,分子或原子受电子碰撞后,会被激起至较高的能态,甚至被电离.当离子从新俘获电子,辗转回到基态的时刻,便会被发射某些领有特定波长的光波.这个模型解释了极光的颜色.来自太阳的紫内线把氧分子合成成原子,成为了大气最高层 (电离层) 的重要成份.当氧原子受电子激起后,便会收回极光那重要的浅绿色光芒.能量较高的电子则可深化大气层较低的中央,激起那里的中性氮分子,收回粉白色或紫白色的光芒.电离的氮分子则收回紫蓝色的光.这些无所谓的激起丰盛了极光的颜色,为这道漂亮的卷帘添上了顺眼的花边.极光与太阳优惠有关吗 有关.发生极光的高能电子来自太阳.太阳是一个炽热的火球,在太阳的外层大气里,温度可逾越一百万度.在这称为日冕的大气层里,原子 (重要是氢) 由于高温电离了,变成了一团充溢了自在离子 (重要是质子) 和电子,既高温又十分粘稠的气体.太阳日冕的迸发不时把这些离子和电子抛射出太空,构成所谓太阳风.这些带电粒子带同太阳的磁场,走过了差不多两天的途程才到来地球.电子遇上了地球的磁场后又会被俘虏,最后被牵引至地球南,北极左近,与大气高层的粒子碰撞,构成缤纷的极光.因此,极光的出现与太阳的优惠毫不相关.太阳的生动周期为十一年,即每隔十一年,太阳的生动水平便会抵达高峰.在这些太阳暴怒的时刻,它的外表或者出现一些称为耀斑的高能迸发,随同著迸发的是少量在日冕中的带电粒子被抛射出太空.这些极高能的粒子或者带来了比往常大千倍的能量,使极光变得十分璀璨,高度也参与了,甚至在美国也可看到.图二 地球磁场的结构.图三 太阳风与地球磁场的作用.图四 从北极看地球磁顶.留意正负电极和主电流的构成.太阳风如何与地球磁场作用 要明确太阳风遇到地球磁场后带电粒子的静止并不便捷.图二显示了地球磁场与太阳风的磁场相互作用,发生了几个区域.地球磁场被太阳风的磁场塑形成彗星状的区域,两者的磁力线在区域的边际 (称为磁顶) 交接.当太阳风通过磁顶时 (图三),带电粒子受磁场的磁力影响,质子会偏移至图四的右方,而电子则偏移至左方 (你还记得如何从右手规律选择带电粒子在磁场中的静止方向吗 ) 这些电荷的分别形成了正负两个电极,发生了从正极流向负极的电流.但这电流并非间接流通两电极,而是绕过一条很幽默的门路：电流首先受地球磁场的影响,沿著磁力线盘旋至电离层,在电离层构成一个椭圆状的导电通道,称为极光带,最后电流重要从椭圆的另一端退出,流至负极.极光就是在极光带里发生的,这个以北极为核心的环状区域由北纬 伸延至北纬 左右,在南极左近也有一个相似的区域.因此极光只要在极北或极南的地域才可看到,在赤道左近,很美观见. 2.作品欣赏一,极光的分类 甲,依照出现位置分类极光似乎天使头上的光环般套在地球的南北极.位在北极的称为「北极光」.位在南极的称为「南极光」.北极光与南极光有时可似乎镜中的影像普通成对出现.乙,依照性质分类极光依其性质可分为延续一片的「分散极光」,以及不延续的「分立极光」.「分散极光」似乎气辉般,光度黯淡且平均的散布在中,高纬度的夜空中.「分立极光」则由许多极光弧,如皇冠般戴在高纬区的夜空电离层上.二,极光的构成要素 分散极光之构成是由於内磁层中,在地球磁场中沿磁力线来回弹跳的电子,被扰动电场与磁场散射,於是不可继续弹跳而落入电离层中,并与电离层中的氢原子碰撞收回红光.由於这些电子一个一个落上去,似乎下毛毛雨普通.因此所发生的极光也像毛毛雨弄湿空中普通,出现相当平均的散布.分立极光之构成是由於电子在电离层上部被一「场向电位差」(此处「场向电位差」是指沿磁场线方向的电位差)所减速《具体环节见注一》,高速的打入电离层,而将电离层中氧原子,分子,以及氮分子打成激起态后,所放进去的光而得的.其环节与霓虹灯管内,藉著两极的电压差将电子减速,然后将管内粘稠气体撞击而发光的原理相似《具体的发光原理与发光环节,见第三节的说明》.图一为空中上所见的「分立极光弧」如幕帘般挂在高纬区的夜空中.分立极光散布的高度约在地表上面八十公里到两千公里的空中中,其极光弧宽度,窄的不到一公里,宽的可超越十公里.图中构成幕帘的直线光束与地球磁场线分歧.这是由于被电场减速往下打击大气粒子的电子能量很高,理论通过一次性撞击后,自己自身,以及被撞进去的重生电子,都还有多馀的能量,因此这些电子就会沿著磁场线继续向上与向下撞击其余大气粒子.其中向上跑的电子,由于空气密度低,所以可以沿磁场线跑得很高,使整根磁场线上,都出现游离发光的气体.至於向下打的电子,由于下方大气密度高,於是在很短的距离中就与很多的气体分子相撞,不一会儿就跑不动了.因此极光的结构很向帘幕,上面沿著磁场线一根根染色上光,下方就像帘幕下方的缀饰普通格外宽厚明亮.图二为太空梭上所拍摄到的分立极光上部粉白色光幕的结构.这种粉白色的极光是由於高层大气中氢原子被高速电子打到激起态然后跳回基态所放出的光.由《注一》中的说明可知这是一张在南极上空拍到的照片.图三为在磁层副暴出现时天然卫星上所摄得的大尺度极光结构变动情景.在天然卫星上,理论是用紫外光来观测大尺度的极光结构.但由於卫星影像的解析度不够高,因此不可辨识出分立的极光弧等精细结构(小尺度的现象).图四为天然卫星上所摄得的另一种「ㄖ型极光」的结构及其变动情景.这种「跨极极光弧」结构多出现内行星际磁场有北向重量时.普通置信,这种「跨极极光弧」是由於行星际磁场与地球磁场在极区出现「磁力线重联」所形成的现象.图五为天然卫星上所摄得的另一种大尺度极光结构.这些「亮点极光」结构的构成与高速太阳风吹过地球磁层,在磁层顶外部之边界层所形成的涡流有关.这些亮点出现地点多位於半夜到下午之极区电离层,但有时亦可以在半夜前的方位出现.《注一》分立极光之构成具体环节 发生分立极光的高能电子是哪里来的 怎麼被减速的 为什麼极光会飞舞 这些都是比拟复杂深奥的太空物理疑问.然而便捷的说,这些电子的起源,一局部来自太阳,一局部来自地球大气.它们原来是与带正电的离子一同执行,不时到地球高纬电离层的上空,才开局被减速.甲,明亮且生动的分立极光之构成环节来自太阳的高速电浆流,也就是太阳风,速度散布并不平均,有时快有时慢.这是由于它们来自太阳外表的不同区域,所以速度不同.理论来自日冕洞区域的太阳风,速度较快.另一方面,太阳风也把太阳的磁场随风带了进去(别忘了组成太阳风的成分都是带电粒子,所以可以「携带」磁场!).由於风速的不平均,以及其余源自太阳的扰动,使得这些磁场也像海浪般有些动摇.这些动摇对太阳而言,兴许不算什麼大动摇,可是对庞大的地球而言,这些动摇所带来的磁场变动可就相当可观了.於是假设吹到地球的太阳风速突然参与,或是所携带的磁场变成朝南的方向,都可引发地球上的「磁场风暴」.地球上的「磁场风暴」倒退后,假设磁尾或磁层顶磁场结构出现突然的扭转,使得原来位在该区的高浓度电浆粒子:电子与正离子,沿磁场线一块儿进入极区上空,那麼由於磁场线幅合的效应,会使得这些带电粒子开局绕著强磁场拼命打转儿.由於正离子比拟重,盘旋半径比拟大,因此占据了比拟广阔的空间.而品质较轻的电子则仍被磁场抓的紧紧的,集中在原来追随的磁场线左近.由於正离子与电子两者在空间上的散布变的不分歧,因此出现电荷分别现象.於是正离子与电子之间发生了垂直磁场幅合状的电场.这些垂直磁场的电场在凑近电离层时,由於电离层是个良导体,不答应沿著导面子出现电位差,於是会在沿磁场线方向发生一个向上的电场.电子就是在此,被此一贯上的「场向电位差」所减速,高速的打入电离层.乙,明亮且生动的分立极光盘旋飞舞成因极光为什麼会盘旋飞舞呢 要素之一与上述的「垂直磁场幅合状的电场」有亲密的相关.原来中央的电子被减速向下,而两侧的电子则在此幅合电场与地球磁场的双重作用下,区分沿E×B的方向静止,其中符号「×」示意两个向量的外积,也就是将右手手掌自电场E的方向往磁场B的方向扫过去,则右手大拇指所指的方向就是E×B的方向.由於两侧的电场反向,所以两侧的电子流也反向静止,於是逐渐构成涡流.理想上,由於南北极的磁场一个指向天空,一个指向空中,因此由空中向上仰望极光的盘旋方向,会由于磁场的方向不同而同样.北极地域由空中向上仰望所见到的极光若出现盘旋飞舞,必定先是出现反S状态的扰动,然后就变成是逆时针的盘旋静止.假设由太空梭上欣赏则方向刚好同样.至於南极的空中观测与太空梭上的观测则又与北极这两种观测所得结果恰恰同样.因此各位可以依据这项准则,分辨出原来图二中的极光是太空梭在南极上空拍到的,由于这张照片上的极光出现反S状态的结构.三,极光的发光原理与发光光谱 极光的发生与霓虹灯的发光原理十分相似.都是由于高能的电子撞击了粘稠的气体,使该气体临时成为一种游离的激起态或非游离的激起态.当气体粒子处於一种高能阶的「准稳固态」之激起态时,若气体够粘稠,在该准稳固态的生命期完结前,该气体粒子都尚未与另一个气体粒子相碰撞,则该气体粒子就会自发性的由目前的准稳固态跳到下一个较低能阶的准稳固态或基础稳固态,并放出必定波长的光.因此极光与霓虹灯所放出光之颜色与气体的成分,电子能量的大小,准稳固态生命期的长短,以及气体有多粘稠等要素都有相关.例如图二中的氢所发的红光,相对应的生命期较长,因此在较高空的大气中,空气不够粘稠,碰撞太频繁,往往来不迭发光就与另一个粒子出现碰撞.所以此种氢所收回来的红光在空中上不容易看到,然而在太空梭上却看得很分明.极光光谱可由紫内线到红内线.在可见光范畴的极光的成因,可由打入之电子能量及大气成分(重的沈在下,轻的浮在上)而得.当打入之电子能量不太高时,可将高层氧原子打成激起态氧原子O(1S).此激起态氧原子O(1S)回到基础态氧原子O(3P)便收回白绿色的光(波长5577A),此即最经常出现的白绿色调带般的极光.当普通强度的磁层副暴出现时,打入电离层的电子能量较高,可将较高层氮分子打至不稳固的游离态氮分子离子.当此激起态氮分子离子回到基础态氮分子离子便放出青蓝色的光,波长4278A.因此在普通强度的磁层副暴时,可见北极光如青龙般在极区(约北纬70-80度左右)夜空盘旋飞舞.当打入的电子能量十分高时(少有之超强磁副暴),电子得以深化低层电离层,将高层之氧分子打成两个激态的氧原子,其中一个O(1D)可放出红光6300A而另一激态的氧原子可为O(1D)或O(1S),故可放出红光或绿光.因此在超强磁副暴时,或者见到血白色的极光或红绿相间的极光.图一,空中上所见的分立极光弧如幕帘般挂在高纬区的夜空中.图中构成幕帘的直线光束与地球磁力线分歧.图一,空中上所见的分立极光弧如幕帘般挂在高纬区的夜空中.图中构成幕帘的直线光束与地球磁力线分歧.图二,太空梭上所拍摄到的极光上部的结构.图二,太空梭上所拍摄到的极光上部的结构.图三,磁层副暴出现时天然卫星上所摄得的大尺度极光结构变动情景.图三,磁层副暴出现时天然卫星上所摄得的大尺度极光结构变动情景.图四,天然卫星上所摄得ㄖ型极光 theta aurora ,又称跨极极光弧 transpolar arc .图四,天然卫星上所摄得ㄖ型极光 (theta aurora) ,又称跨极极光弧 (transpolar arc) .图五,天然卫星上所摄得亮点极光 bright spots aurora 结构. 图五,天然卫星上所摄得亮点极光 (bright spots aurora) 结构.吕凌霄国立中央大学太空迷信钻研所
极光如此缤纷，是怎样构成的？我国哪些地域容易出现极光？
极光（Aurora）是在地球磁场与带电粒子相互作用时发生的一种视觉效应，理论在地球的磁极周围区域出现。
地球磁场将太阳风带来的带电粒子引向地球两极，这些带电粒子与地球大气层中的气体分子碰撞，使气体分子处于激起态，当它们回到稳固态时，会监禁出光能量，从而构成极光。
极光出现的地域重要是在地球磁极周围，包含北极和南极地域。
在中国，由于天文位置的要素，极光很少出现，只要在极光优惠特意剧烈的时刻才有或者在青海、新疆等偏远地域的平地或高原上看到，然而出现的概率十分低，须要运气和一些条件的配合。
另外，假设你想近距离观察极光，可以返回北欧的芬兰、瑞典、挪威等国度，这些国度的北部地域是欣赏极光的最佳地点之一。
要看到极光，须要满足以下条件：1. 夜晚：极光重要在早晨和凌晨时出现，由于在白昼时阳光太强，不可观测到。
2. 极地地域：极光只会出如今凑近地球南北极的区域，所以须要返回北极圈或南极圈的地域才无时机观测到。
3. 暗夜：在极光或者出现的时期段，天空须要足够光明，因此最好选用没有月亮或月亮不会太亮的早晨观测。
4. 晴天：天气必定晴天，没有云层或雨雪阻挠，能力观测到极光。
5. 低光污染：远离市区或照明设备，以防止光污染搅扰观测成果。
6. 生动太阳：极光的出现是由太阳带电粒子与地球大气层中的气体出现相互作用发生的，因此须要生动的太阳优惠。
7. 磁暴：与生动的太阳优惠相关，必定是在磁暴时期，才有或者看到比拟剧烈的极光。
8. 无光害：夜间周围的环境中不能有任何剧烈的灯光，由于光害会搅扰观测到极光的视线。
9. 耐烦：即使有或者看到极光，但不必定出如今瞬间，须要有耐烦期待。
10. 专业装备：极光拍摄须要必定的专业摄影设备和常识，以及对摄影技术有足够的了解和把握。
