极光是如何炼成的?

作者: imufu 中科院物理所

来源: 牧夫天文

发布日期: 2018-04-05 10:18:51

本文详细介绍了极光的形成原理和观测条件,解释了极光的颜色和形态变化的原因,并提供了观测极光的建议地点和时间。

黑暗的晴朗天空,远离都市的光害,我们裸眼可以看到月亮、行星、恒星、银河,甚至还有很多深空天体。但如果我们身处靠近两极地区,并在合适的情况下,我们可以看到闪烁着移动着的色彩光幕——极光。通常是鲜艳的绿色,有时会出现蓝色和红色。历史长河,人们赞叹着南北极极光胜景,但并不知道它是如何产生的,这让极光更加神秘,关于它的魔幻故事在高纬度地区广为流传。

现在我们不仅知道它缘何而来,还能够准确预测在何时何地上演、是否壮观,从而规划自己的极光之旅。

极光是如何炼成的?随着海拔的升高,大气层开始变得稀薄,大气的各种特性开始改变。在大约80-105公里的高度,稀薄的大气中有一层钠,它会在太阳辐射下进入激发态。到晚上,大气冷却,钠离子状态还原,并辐射出黄色光线(电磁波波长决定颜色)。而高层大气中稀薄的氮、氢、氧会以各种形式结合,产生多种光学透镜效果,从而呈现出多变的极光秀。

这种太阳光与地球大气的相互作用无时不刻的发生着。在日间,日光激发地球大气的原子、分子和离子,使它们激发或离子化;到晚上,电子由高能级回归低能级,发射不同波长的光。此外,由于太阳给地球带来的不仅是光线(电磁波),还包括粒子。太阳风就是一种持续的粒子流,不但经过地球、其他行星,甚至最终到达太阳系外。不时发生的太阳耀斑、日冕物质抛射等现象,还会抛来更多更高速度的粒子,形成更加壮观的极光!

因此极光的壮观程度取决于太阳风暴的剧烈程度,而外层大气的各种被激发的原子、分子和离子以及他们的复杂构成决定了它变化多端。很遗憾大多数人没有亲眼看过极光。即便是专业摄影师,也无法给观众完美的呈现极光的壮美,因为极光是动态的,它是大自然的霓虹灯光秀。我们可以规划一场前往高纬度地区的极光之旅,但说实话,最佳观测地点是我们很难有机会前往的低轨道太空!

还是现实一些吧,开启我们的极光之旅可以选择在极地周围的30度区域,包括加拿大、俄罗斯和挪威的北部地区,以及瑞典、芬兰、冰岛、格林兰以及南极洲。即使没有太阳风暴爆发,这些地区也很容易看到极光,但是最好还是选择冬季观看,这样夜间时间较长,有更多晴朗夜空的几率。

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