极光常常出现于纬度靠近地磁极地区上空,一般呈带状、弧状、幕状、放射状,这些形状有时稳定有时作连续性变化。极光产生的条件有三个:大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一不可。

极光的分布区域

由于地磁场的作用,这些高能粒子转向极区,所以极光常见于高磁纬地区。在大约离磁极25°~30°的范围内常出现极光,这个区域称为极光区。在地磁纬度45°~60°之间的区域称为弱极光区,地磁纬度低于45°的区域称为微极光区。

极光的基本分类

按照极光的形态分类,可分为匀光弧极光、射线式光柱极光、射线式光弧光带极光、帘幕状极光、极光冕等。

按照极光观测的电磁波波段,可分为光学极光、无线电极光等。

按激光激发粒子类型,可分为电子极光、质子极光等。

按照极光发生区域,可分为极盖极光、极光带极光 、中纬极光红弧等

极光的产生原理

极光出现于星球的高磁纬地区上空,是一种绚丽多彩的发光现象。而地球的极光,来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生。极光产生的条件有三个:大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一不可。极光不只在地球上出现,太阳系内的其他一些具有磁场的行星上也有极光。

极光一般只在南北两极的高纬度地区出现,但是2010年8月1日的太阳风暴恰好面向地球爆发,携带大量带电粒子的太阳风准确无误地“击中”地球,与地球磁场相互作用产生“磁暴”,使美国密西密歇根州、丹麦和英国等纬度稍低的地区都能够看到美丽的北极光景观。专家称,这一次的太阳风暴并没有像事先推测的那样破坏全球的卫星和电信系统,却给地球带来一场壮丽的“焰火盛会”。

极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近,地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线(Field line)集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并激发,产生光芒,形成极光。经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内,阿拉斯加的费尔班(Fairbanks)一年之中有超过200天的极光现象,因此被称为“北极光首都”。所以极光只能在地球的南北极被看见。

地球磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球内部,进而驱动了地磁场的形成。在这磁层磁力线闭合环路上除了有地球内部的导电体之外,另外还有大气层的电离层-这一弱导电体。当太阳风强烈时,磁力线能量遇到地球内部的磁感抗,有许多能量消耗不掉,于是就在电离层处形成了极光。

极光的传说典故

中国

相传公元前两千多年的一天,夜来临了。随着夕阳西沉,夜已将它黑色的翅膀张开在神州大地上,把远山、近树、河流和土丘,以及所有的一切全都掩盖起来。一个名叫附宝的年轻女子独自坐在旷野上,她眼眉下的一湾秋水闪耀着火一般的激情,显然是被这清幽的夜晚深深地吸引住了。夜空像无边无际的大海,显得广阔。安详而又神秘。天幕上,群星闪闪烁烁,静静地俯瞰着黑魆魆的地面,突然,在北斗七星中,飘洒出一缕彩虹般的神奇光带,如烟似雾,摇曳不定,时动时静,像行云流水,最后化成一个硕大无比的光环,萦绕在北斗星的周围。其时,环的亮度急剧增强,宛如皓月悬挂当空,向大地泻下一片淡银色的光华,映亮了整个原野。四下里万物都清晰分明,形影可见,一切都成为活生生的了。附宝见此情景,心中不禁为之一动。由此便身怀六甲,生下了个儿子。这男孩就是黄帝轩辕氏。以上所述可能是世界上关于极光的最古老神话传说之一。

外国

极光这一术语来源于拉丁文伊欧斯一词。传说伊欧斯是希腊神话中“黎明”(其实,指的是晨曦和朝霞)的化身,是希腊神泰坦的女儿,是太阳神和月亮女神的妹妹,她又是北风等多种风和黄昏星等多颗星的母亲。极光还曾被说成是猎户星座的妻子。在艺术作品中,伊欧斯被说成是一个年轻的女人,她不是手挽个年轻的小伙子快步如飞地赶路,便是乘着飞马驾挽的四轮车,从海中腾空而起;有时她还被描绘成这样一个女神,手持大水罐,伸展双翅,向世上施舍朝露,如同我国佛教故事中的观音菩萨,普洒甘露到人间。

爱斯基摩人认为极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬,原住民则视极光为神灵现身,深信快速移动的极光会发出神灵在空中踏步的声音,将取走人的灵魂,留下厄运。

极光的观测地点

大多数极光发生在地球上空90~130千米处。美国匹兹堡磁纬高,就比在北京看到极光的机会大多了。2004年11月7日晚,较强极光匹兹堡出现过。 肉眼能看出绿色,红色。2003年11月20日傍晚,极光出现于匹兹堡南方地平线,一小时后消退。半夜时又发生于北方低空。2003年10月30日出在匹兹堡的极光,虽然是在光污染严重的市内,但仍能看到红色的光芒。但有些极光要高得多。1959年,一次北极光 所测得的高度是160千米,宽度超过4800千米。在地平线上的城市灯光和高层建筑可能会妨碍我们看光,所以最佳的极光景象要在乡间空旷地区才能观察得到。美国的费尔班克斯一年有200多天能看到极光;而在佛罗里达州,一年平均只能见到4次左右。我国最北端的漠河,也是观看极光的好地方。18世纪中叶,瑞典一家地球物理观象台的科学家发现,当该台观测到极光的时候,地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化,变化范围有1度之多。与此同时,伦敦的地磁台也记录到类似的这种现象。由此他们认为,极光的出现与地磁场的变化有关。原来,极光是太阳风与地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,当它吹到地球上空,会受到地球磁场的作用。高层大气是由多种气体组成的,不同元素的气体受轰击后所发出的光的前面色不一样。例如氧被激后发出绿光和红光,氮被激后发出紫色的光,氩激后发出蓝色的光,因而极光就显得绚丽多彩,变幻无穷。

科学家已经了解到,地球磁场并不是对称的。在太阳风的吹动下,它已经变成某种"流线型"。就是说朝向太阳一面的磁力线被大大压缩,相反方向却拉出一条长长的,形似彗尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1,000个地球半径长。由于与日地空间行星际磁场的偶合作用,变形的地球磁场的两极外各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。因为等离子体具"冻结"磁力线特性,所以,太阳风粒子不能穿越地球磁场,而只能通过极尖区进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发),常引起地球磁层亚暴。于是这些带电粒子被加速,并沿磁力线运动。从极区向地球注入,这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子,使后者被激发--退激而发光。不同的分子,原子发生不同颜色的光,这些单色光混合在一起,就形成多姿多彩的极光。事实上,人们看到的极光,主要是带电粒子流中的电子造成的。而且,极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻,可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束,地球大气为电视屏幕。地球磁场为电子束导向磁场。极光的形成与太阳活动息息相关。逢到太阳活动极大年,可以看到比平常年更为壮观的极光景象。在许多以往看不到极光的纬度较低的地区,也能有幸看到极光。2000年4月6日晚,在欧洲和美洲大陆的北部,出现了极光景象。在地球北半球一般看不到极光的地区,甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中部及南部广大地区也出现了极光。当夜,红、蓝、绿相间的光线布满夜空中,场面极为壮观。虽然这是一件难得一遇的幸事,但在往日平淡的天空突然出现了绚丽的色彩,在许多地区还造成了恐慌。据德国波鸿天文观象台台长卡明斯基说,当夜德国莱茵地区以北的警察局和天文观象台的电话不断,有的人甚至怀疑又发生毒气泄漏事件。这次极光现象被远在160公里高空的观测太阳的宇宙飞行器ACE发现,并发出了预告。在北京时间4月7日凌晨零时三十分,宇宙飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风从它旁边掠过,而且该太阳风突然加速,速度从每秒375公里提高到每秒600公里,一小时后,这股太阳风到达地球大气层外缘,为我们显示了难得一见的造化神工。

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