揭秘!如何在中国看⻅极光?

作者: 吴婧怡

来源: 中科院地质地球所

发布日期: 2023-12-03 11:50:13

文章探讨了在中国看到极光的可能性,介绍了极光的历史记载、科学原理以及现代观测情况。文章指出,尽管漠河是看极光的热门地点,但实际观测到的概率很低。历史上,战国时期的中国由于地磁极位置的关系,更容易看到极光。现代由于强磁暴和磁极漂移,中国某些地区也有机会观测到极光。文章还提到,极光虽然美丽,但对现代社会的基础设施可能造成影响。

说到在中国看极光,读者朋友们的第⼀反应或许是去中国的最北端漠河。然⽽统计数据显示,漠河⼤多数年份能看到极光的次数为个位数。也就是说在正常情况下去漠河只有约1%的概率能看到极光。巧了不是?!2023年12⽉1⽇晚上19点左右,漠河再⼀次出现了明显的极光现象!下⾯这⼏张图⽚,来⾃当时正在漠河的向慧等⼈。那么,有没有“不正常”的情况呢?或者说有没有可能在纬度不那么⾼的地区看到极光呢?您别说,还真有!

唯⼀难办的是需要⼀台时光机穿越回古代中国……咳咳,虽然时光机⼀时半会找不到,但是中华⺠族五千年的历史⻓河⾥可是有很多宝贵的史料供我们窥⻅曾经的光景。对极光最早的⽂字记载是战国时期的《⽵书纪年》。⾥⾯写到⻩帝的⺟亲附宝在郊外散步的时候,突然“⻅⼤电绕北⽃枢星,光照郊野”,之后便⽣下了⻩帝。虽然这⼀叙述颇有神话⾊彩,但指代极光的“⼤电”的确是真实存在的。

战国时期的另⼀部著作《⼭海经》则将极光描述为名叫“触⻰”的神仙,形貌如红⾊的蛇:“⼈⾯蛇身,⾚⾊,身⻓千⾥。”战国时期的⼤诗⼈屈原在《天问》中也⽤“⻰”这意象来描述极光,形象地将其称为“烛⻰”。不知道读者朋友们是否好奇,为什么上述三部作品都写于战国时期呢?换句话说,为什么战国时期容易看到极光呢?这个问题的答案就涉及到古代中国的中纬度地区能看到极光的本质原因了。

为了回答这个问题,还需要引⼊另⼀个问题,“极光”的“极”代表什么呢?是指地球地理南北极吗?其实不然,“极光”的“极”指代的是地球磁场南北极。在中学阶段我们学过,地球的磁轴(也就是连接地球磁场南北极的假想直线)与地球的⾃转轴是具有⼀定夹⻆的,这就导致⼤多数极光出现的位置虽然在地理极区附近,却并不是环绕着地理极点的。

有意思的是,地球磁轴与⾃转轴的夹⻆并不是固定不变的,也就是说磁极所对应的地理位置是可以发⽣变化的。两千多年前的磁极⽐现在离中国近多了,这也就使得战国时期在中国看⻅极光⽐现在容易得多。不过说到底,搭乘时光机穿越回战国时期的中国看极光也太不现实了,有没有更现实⼀些的情况呢?其实也是有的。

关注新闻的读者朋友可能会感觉今年报道了好⼏次中国出现极光的消息,有的拍摄于我们熟悉的漠河,也有拍摄于乌鲁⽊⻬和克拉玛依的。这就不免令⼈好奇,今年是不是有什么特殊的⾃然环境导致了中国经常出现极光呢?答案是肯定的。今年中国经常出现极光主要是因为经常有强磁暴发⽣和磁极正在逐渐向东漂移。“强磁暴”是什么意思呢?

先说“磁暴”,磁暴指地球磁场的全球性剧烈扰动,⼀般是由太阳⻛暴引起的,因为太阳⻛暴会使太阳喷射出能量很⾼、超声速的物质。⽽“强磁暴”的产⽣过程是这样的:能量很⾼、超声速的物质到达地球后会压缩地球的磁场,造成地球磁场的扰动,此时如果物质具有南向磁场(即与地球磁场的⽅向相反),则会引起更加剧烈的扰动。

可以⽤电吹⻛吹头发的过程类⽐太阳⻛暴喷射物质到达地球的过程:当我们以不同温度、不同⻛速的⻛(对应不同能量与速度的太阳物质)吹头发时,感受到的⻛吹头发的程度(对应磁场扰动程度)都是不⼀样的。值得⼀提的是,“强磁暴”引起的中纬度极光是红⾊的,⽽不是我们印象中常⻅的绿⾊,但是这两种颜⾊的极光⼜都是由氧原⼦内的电⼦跃迁产⽣的,所以是什么导致了不同的颜⾊呢?其实就是氧原⼦的能量和所处的海拔⾼度不同。

中纬度极光位于250-400千⽶的⾼度,⽽极区极光位于100千⽶左右的⾼度,这也使得中纬度极光的能量⽐极区极光的能量要低,且能量与波⻓是成反⽐的,所以中纬度极光的波⻓⽐极区极光的波⻓要⻓,也就是从波⻓较短的绿光变成了波⻓较⻓的红光。虽说今年的“强磁暴”已经⾜以引起多次极光,但它对我们的⽇常⽣活影响不⼤。不过在历史上,以异常明显的极光为代表的强磁暴事件确实对⼈类造成过影响。

1859年9⽉的⼀个上午,英国天⽂爱好者卡灵顿照例对太阳进⾏观测。突然,他发现太阳北侧出现了两道极其明亮的⽩光。第⼆天,世界上许多地⽅——包括我国河北等地(有⽂献记录“⾚⽓起于⻄北”),都观测到了极光。这就是著名的“卡灵顿事件”。根据史料记载,“卡灵顿事件”造成了⻓达8天的恶劣空间天⽓。

所幸那时的⼈类社会主要依靠蒸汽机和⼈⼒,还没有⽆线电通信和电⼒传输⽹络,“卡灵顿事件”并未给地球带来过于严重的灾难。但到了现代却不⼀样了——1989年3⽉的⼀天晚上,伴随着强烈的极光活动,加拿⼤魁北克省的供电⽹络全部瘫痪,全省陷⼊⻓达9个⼩时的⿊暗和寒冷之中。与此同时,美国、⽇本的通信卫星出现异常,全球⽆线电通信信号受到极⼤⼲扰。这次事件虽然不如“卡林顿事件”强烈,但它对⽣活有着更⼤的影响。

据估算,假设“卡灵顿事件”发⽣在今天,它直接导致的经济损失能够达到数以万亿美元。所以极光虽然美丽,但是在中纬度地区看到强烈的极光对我们的⽇常⽣活来说可并不是⼀件好事。不过换个⻆度想,中纬度美丽的红⾊极光同时能当作地球磁场对太阳⻛暴做出反应的明显标志,也能反映磁极的漂移或偏转。因此对这⼀类极光进⾏研究对我们的⽇常⽣活⽽⾔是很有意义的。

总的来说,想在中国看到极光,讲求“天时”——发⽣“强磁暴”或磁极偏向东半球时,“地利”——处于中国的中部到北部时,与“⼈和”——发⽣极光时有亲朋好友提醒您去看,哈哈,开个玩笑。从原理来看,“天时”的作⽤是尤为关键的,这也使得在现在的中国看到极光是⼀个⼩概率事件。不过总要怀有希望的嘛,万⼀哪天就突然看到了呢?

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