「你生在太阳吹来的风中，来到了地球外层高空，带电粒子在磁场中转呀转，聚集到北极南极，激荡了氧气氮气，发出那炫目的红红绿绿……」撰文 | 吴进远（美国费米国家加速器实验室）编辑 | 金庄维
极光是一种美丽迷人的自然现象，看到极光据说是人生四大梦想（另一个版本说是七大梦想）之一。同时，看极光也是许多高端旅游产品的卖点。不过，要想看到真的极光，必须了解极光是怎样产生的，极光有什么特点，如何与晨曦、晚霞或者月光相区分。
在这篇文章里，我们首先讨论极光产生的机制，然后与大家分享作者在一次坐飞机时拍摄到的极光照片，并且介绍拍摄的要点与经验。
极光如何产生
关于极光产生的机制，有很多细节人们仍然不清楚，不过有一点已经得到确认，那就是极光的能量是由太阳风提供的。太阳风是太阳向周围喷射的带电粒子，其中主要的成分是质子。我们平时看到的太阳好像是个温火慢烧的煤球，可是实际上太阳内部的能量转换过程非常剧烈。太阳活动会在太阳表面产生高达数万公里的炽热气流，将太阳的物质向外抛射，每秒能抛出800公斤左右。
注意不要将太阳风与太阳光混淆，太阳风的粒子也不是以光速飞出来的。太阳风的速度大约在200〜900公里/秒，飞到地球需要几天时间，而太阳光到达地球只需要8分钟。太阳风的粒子到达地球附近后并不会直接砸下来，因为我们的地球有磁场。太阳风的带电粒子进入地球磁场后就受到洛伦兹力，开始拐弯。洛伦兹力总是与带电粒子的运动方向相垂直的，因此并不会使它的能量损失，但却能改变它的方向。
在地球磁场的作用下，太阳风粒子大部分将绕过地球，而不是吹到地球上。
拍摄要点与经验
太阳风强弱的变化与地球的季节没有关系，因此极光在任何季节都可能看到。大多数情况下，极光的亮度比较暗，要在天色全黑的情况下才能看到。而在夏季，尤其是接近夏至期间，高纬度地区日照时间很长，夜间很短，在北极圈之内甚至会出现永昼，太阳24小时不落，这样就不可能看到极光。
如果单考虑黑夜时长，固然冬季最佳，但是冬季去高纬度地区恐怕太冷了。因此，综合考虑起来，春秋季是比较折中时段。除了参加高端旅游团去高纬度地区，还有一个相对比较廉价的方法可以看到极光，就是在国际旅行时，乘飞机夜间飞过高纬度地区。大多数国际航班是在出发地时间中午到下午的时段起飞，因此从西向东飞行的航班往往会在夜间飞过高纬度地区，而从东向西的航班则会一直飞行在太阳照射的地区。
比如中国飞往美国的航班会在夜间飞过阿拉斯加地区，从飞机的左侧有时可以看到极光，如果可能，在订票时可以挑选A列靠窗的座位。下图是作者在一次从北京飞往旧金山时拍到的极光照片。（图片由作者提供）极光有时候亮度很低，因此拍摄时照相机的曝光度应该设置得比较高一些。飞机飞行时晃动比较大，不能靠无限增加快门时间的方法来增加曝光度，光圈的增加作用也很有限，因此必须将感光元件的感光度设定得高些。
作者在拍摄时，将感光元件的ISO设置在10000到12800左右，光圈设置在F2.8，快门为1秒左右。人眼在暗光条件下无法辨别颜色，图中的极光用肉眼看是灰白色的，像云雾一样。可是只要用照相机拍成照片，立即就可以看出极光的绿色。从图中我们还可以看出，月光所照耀的飞机机翼以及云层与极光的颜色有显著不同。很多时候，人眼的性能比照相机好。然而在暗光颜色还原上，照相机却是可以超过人眼的。
因此大家从机舱看到窗外向白云一样的带状物时，不要轻易放过，先用照相机拍下来再做判断。此外提醒读者注意不要将极光与晨曦或者晚霞混淆。晨曦或晚霞是太阳光照射在云层所形成的，产生在日出前或日落后，颜色基本是红色。而极光虽然也会有红色，但通常会同时出现很强的绿色。当然，历史上人们确实曾经把极光误认为是晨曦，Aurora这个词就是从拉丁文“晨光，黎明女神”来的。
尽管我们现在知道极光是太阳风推动的带电粒子激发气体形成的，但是既然在古代希腊与罗马神话中没有出现过“太阳风”这样一位女神，我们现在也就不必要去修改这个名字了。
《美丽极光》
为了便于向青少年和成年公众普及太阳风和极光的知识，作者试着写了一首歌《美丽极光》，歌词如下：你生在太阳吹来的风中/来到了地球外层高空/带电粒子在磁场中转呀转/聚集到北极南极/激荡了氧气氮气/发出那炫目的红红绿绿/啊，北极光，aurora，黎明女神/照耀着千里亘古雪冰/高挂在天际的迷人光晕/是你美丽飘逸的长裙/美丽的长裙这首歌的词曲及钢琴伴奏谱如下：作者将拍摄到的极光照片以及《美丽极光》这首歌制作了一个视频，便于大家观赏学唱（后台回复“极光”获取）。
最后，作者希望这篇文章起到抛砖引玉的作用，期待其他科普作者也能够将自己熟悉的科学知识写成更多更好的歌曲作品。实际上，歌曲写作的门槛比大家想象的要低，现在使用作曲软件，只要随便写出任意音符，计算机就可以立即帮你演奏出来。完全不用担心乐曲写得差，没有人愿意为你演奏。作者用的软件叫“MuseScore2”，是一个开源的免费软件，而功能却非常好，建议大家试试。