极光

时间：2024-05-19

李志涛

在南北两极附近地区的夜晚，偶尔可以看到几条光带横跨天空，把黑暗的夜空照得一片光亮，这种壮丽动人的景象就是极光。极光是人们能看到的最美丽、最不可思议的自然现象，也是太阳风暴期间在地面唯一可以用肉眼看到的日地空间现象。极光越壮观，往往标志着太阳爆发越剧烈。

神秘的极光

极光是一种神秘的天象，自古以来为人所瞩目。许多世纪以来，不同地方的人都有自己的极光记载和传说。

人们所知最早的极光记录于公元前2600年。在中国古书《河图稽命征》中说道：“附宝（黄帝的母亲）见大电光绕北斗权星，照耀郊野，感而孕二十五月，而生黄帝轩辕于青邱。”在先秦古书《山海经》中提到，极光是一位名叫“触龙”的神仙，形貌如一条红色的蛇：“人面蛇身，赤色，身长千里，钟山之神也。”

粒子沉降在两极漏斗区（作者自画）

“极光”这一术语源于拉丁文“伊欧斯”这个词。传说“伊欧斯”是希腊神话中“黎明”的化身，是希腊神“泰坦”的女儿，太阳神和月亮女神的姐姐。“极光”这一名称却源于罗马神话中的织架女神“欧若拉”（Aurora），她掌管极光，代表旭日东升前的黎明。那么，如此美丽迷人的光辉是如何发出的呢？

极光是怎么产生的？

极光这一天象之谜，直到最近这些年才逐渐有了合理的解释。其实，这还要从这些光能的来源——太阳说起。从太阳上喷发出来的大量带电粒子，以每秒几百千米的速度吹向行星际空间，形成太阳风。到达地球附近的粒子不断撞击地球磁场，并环绕地球流动。在太阳风的吹动下，地球磁场不再是对称的，已经变成某种“流线型”。由于与行星际磁场的相互作用，变形的地球磁场的两极外各形成一个磁力线集中的“漏斗区”。当磁层出现扰动时，磁尾的带电粒子被加速，沿磁力线运动，如流水般顺着漏斗边缘倒入“漏斗区”，并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，于是便产生了这种“鬼怪之光”。

当太阳风暴发生时，磁层扰动变得剧烈起来，发生地磁暴。这时，就会激发出更多种颜色的单色光。这些光混合在一起，便出现了五颜六色、奇异壮观的极光，就像五彩的霓虹灯一样。

用一个形象的比喻，可以说极光活动就像地球磁层活动的实况电视画面。地球磁层是一个巨大无比的电视机显像管，将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束，聚集到地球的两极地区。沉降粒子为电视机的电子束，地球磁场为电子束导向磁场，地球极区大气为荧光屏，极光则是电视屏幕上移动的图像。住在南北两极地区的人们每天都可以收看到这天然的巨幅电视。

极光与太阳风暴

极光是迷人的。然而，在这美丽极光的背后，却隐藏着许多潜在的威胁。实际上，极光的出现，伴随着的是大量带电粒子涌入地球的大气层。极光越壮观，往往意味着太阳风暴越厉害。

在地磁平静时期，地球两个“漏斗区”沉降的粒子比较少，出现的极光也比较平淡无奇。如果我们乘坐宇宙飞船，跨越地球的南北极上空，从遥远的太空向地球望去，就会见到围绕地球磁极存在一个闪闪发亮的光环，这个环就叫作“极光卵”，在南北纬67°附近。来自磁尾的沉降粒子大部分沉降在午夜侧，因而处在午夜部分的极光卵显得最宽最明亮。极光最经常出现的地方就在这两个卵状区域内，分别称作北极光区和南极光区。

极光卵包围的内部区域是极盖区，也就是最接近并包围南北极点的区域。在这个区域内，极光出现的机会反而要比纬度较低的极光区来得少。也就是说，在南北极的核心地区，反而不容易看到极光。

极光的产生（作者自画）

太阳风暴期间，会有数量更大的源自太阳的太阳风带电粒子涌入地球磁尾中。倒进地球“漏斗区”的涓涓粒子细流，这时候变成了奔泻而下的粒子洪水。大量的不同能级的带电粒子冲入地球的大气层中，与更多的大气成分如氮、氖、氦等分子或原子撞击，产生各种各样的极光。此时，南北极光卵会向低纬方向伸展，在许多以往看不到极光的地区，也能有幸看到美丽的极光。

不同种类的带电粒子与各种各样的气体分子和原子冲撞，就会发出不同颜色的光，导致极光颜色的多样。比如，带电粒子同氧原子碰撞就会激发出绿色或者红色的光。巨量的粒子冲撞发生在广袤的地球大气层空间中，会导致极光形态的多样，如云朵一般的片朵状的极光片、沿磁力线方向的射线状的极光芒、面纱一样均匀的帐幔状的极光幔。

1859年八九月间，爆发了历史上最厉害的太陽风暴——卡林顿事件。在这期间，北美洲、欧洲、亚洲以及澳大利亚的部分地区都观测到了极光。在美国落基山脉，极光的亮度足以让人看清常见的字体，一些人坚持认为这是日光，并且开始准备早餐。在纽约市，数千人跑到大街上或屋顶上观看他们多年从未见过的绚丽天空，《纽约时报》评论说：“人一辈子中仅能见到一次或两次这样的极光。”地处北纬23°的古巴哈瓦那的人们看到那晚天空鲜血般殷红，像被大火映红一样。

极光的背后

极光虽美，也只是太阳风暴的副产品，其带来的危害更值得我们关注。越绚烂的极光对应着越强烈的地磁暴，会导致长距离输电线路中产生强力电流，容易使整个电网范围内的变压器同时发生故障，使电力传输线受到严重干扰，从而导致某些地区暂时失去电力供应。1989年的强极光出现在加拿大魁北克上空，伴随而来的地磁暴便使魁北克全省的供电系统瘫痪，600万加拿大人长达9小时无电可用。

大量带电粒子轰击地球大气，会影响电离层反射短波无线电的能力，使短波通信受到干扰或中断。另外，带电粒子的轰击加热了地球高层大气，使得大气膨胀，增加了卫星的空气阻力，使卫星的高度降低，缩短了卫星的寿命。

平静时的极光卵

了解极光，对于了解地球外层空间结构、掌握空间天气、减少太阳风暴对地球的影响以及保障飞行器在外层空间的安全等，都有着重要的意义。