追極光的人

文、編輯/盧娜、周一澤

彗星拖著長尾劃過夜空，太陽或月亮被“吞噬”，地球、金星、太陽在一條直線上形成金星凌日，流星體的碎片高速投射進(jìn)入地球大氣層所形成的流星雨……人的一生中，或多或少都會(huì)目睹過上述的有趣天象，但有幸能親眼見證極光在黑夜中舞動(dòng)的，卻是少數(shù)。

極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子在極地高層大氣中撞擊原子和分子后激發(fā)的光學(xué)現(xiàn)象，多發(fā)生于靠近極圈的高緯度地區(qū)，如北歐諸國。在我國境內(nèi)，黑龍江漠河被譽(yù)為國內(nèi)最佳極光觀賞地，夏至前后也是漠河觀賞極光最好的時(shí)間，因此當(dāng)?shù)剡€將每年的6月21日（夏至）定為“漠河北極光節(jié)”。

最近一段時(shí)間，太陽活動(dòng)異常頻繁，引發(fā)了極光在全球多地的大爆發(fā)，其中就包括了我國黑龍江漠河和新疆克拉瑪依地區(qū)。本期我們就跟隨極光攝影師們的腳步，捕捉太陽粒子在夜空中舞動(dòng)的瑰麗身影。

圖/蘇鐵

自古便有記載

我國古代關(guān)于極光的記載很早。遠(yuǎn)在幾千年前，傳說黃帝時(shí)代曾出現(xiàn)過“大電光繞北斗樞星”，被一些科學(xué)家認(rèn)為是對(duì)極光的描述。2022年4月，日本學(xué)者早川河田考證了我國古代典籍《竹書紀(jì)年》中記錄的公元前10世紀(jì)周昭王時(shí)期的極光：“昭王?年（具體年份缺失），五色光貫紫薇。”“夜清，五色光貫紫薇。其年，王南巡不返。”這比公元前7世紀(jì)中東的極光記錄還要更早。公元前6世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家芬尼斯的著述中把極光描述成 “飄忽移動(dòng)的火燒云”。英國皇家愛丁堡天文臺(tái)則用一幅圖畫描述了1570年1月2日發(fā)生的極光，畫中最下面是地面的城鎮(zhèn)和村莊，上面是云和星星，再往上是用一排沿著彎曲的線條豎直排列的蠟燭，用這些蠟燭來表示極光。這表明了極光的水平搖擺和豎直的分布形態(tài)。

長期以來，極光的成因一直眾說紛紜。有人認(rèn)為它是地球外緣燃燒的大火；有人則認(rèn)為，它是夕陽西沉后，天際映射出來的光芒；還有人認(rèn)為，它是極圈的冰雪在白天吸收儲(chǔ)存陽光之后，夜晚釋放出來的一種能量。1619年，科學(xué)家伽利略曾以羅馬神話的曙光女神歐若拉（Aurora）之名創(chuàng)造出“aurora borealis”來命名極光。

圖/視覺中國

2015年3月，超強(qiáng)太陽風(fēng)暴曾引發(fā)全球極光“盛宴” 圖/視覺中國

1946年，俄羅斯物理學(xué)家列夫·蘭道（Lev Landau）提出了電子“沖入”波電場的理論：首先，太陽上的爆發(fā)釋放出一條以大約每小時(shí) 4500 萬英里的速度運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流。這些粒子與地球的磁層相互作用，來到地球周圍受磁場控制的區(qū)域。由于磁場會(huì)向地球表面的方向發(fā)射強(qiáng)大電磁波，因此電子便搭上了這些波的便車。這群電子在電場下經(jīng)歷共振加速的過程，就像是沖浪手踩著波浪并隨著波浪移動(dòng)而不斷加速一樣。電子沿著地球的磁場線沖入高層大氣中，在那里與氧分子和氮分子發(fā)生碰撞，并將它們撞成激發(fā)態(tài)的粒子，從而產(chǎn)生多彩的極光。

極光誕生的這一理論猜想在NASA（美國航空航天局）“瑟宓斯衛(wèi)星任務(wù)”升空之后得到了證實(shí)。

韋伯望遠(yuǎn)鏡記錄到木星上的極光現(xiàn)象 圖/視覺中國

形成的三大條件

極光的形成有三大重要條件：太陽風(fēng)產(chǎn)生帶電粒子，地球磁場把帶電粒子吸引到南北極，再與大氣成分撞擊激發(fā)光芒。現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，極光的產(chǎn)生是由于太陽帶電粒子流（太陽風(fēng)）進(jìn)入地球磁場，地球磁場迫使其中一部分粒子流沿著磁場線集中到南北兩極，在電離層處與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。

極光不僅出現(xiàn)在地球，只要有太陽帶電粒子流、磁場、撞擊這三個(gè)條件，在太陽系其他有磁場的行星上也會(huì)產(chǎn)生極光現(xiàn)象。除水星之外，其他行星的大氣層均存在極光現(xiàn)象，甚至木星的衛(wèi)星木衛(wèi)三和木衛(wèi)二上也有極光。

最易出現(xiàn)在極圈

由于極光只出現(xiàn)在特定區(qū)域和特定季節(jié)，而且來無影，去無蹤，少的幾分鐘，多的幾小時(shí)，特別隨性和隨機(jī)，所以極光觀測前一定要了解相關(guān)的規(guī)律、知識(shí)以及工具。

極光主要出現(xiàn)地方是在南北緯度六十七度附近的兩個(gè)環(huán)帶狀區(qū)域，因此，地磁緯度在六十度到九十度的范圍稱為極光區(qū)，地磁緯度四十五度到六十度之間的區(qū)域稱為弱極光區(qū)，地磁緯度低于四十五度的區(qū)域稱為微極光區(qū)。而中國最北的黑龍江省大興安嶺地區(qū)的漠河，是國內(nèi)最適合觀測極光的地方。

極光的最佳觀測時(shí)間段是春分和秋分兩個(gè)節(jié)氣來臨之前，且春秋兩季極光在北半球出現(xiàn)的頻率要高于夏冬，所以每年的九月至來年四月是北半球觀賞極光的最佳時(shí)期。

圖/視覺中國

美麗與危險(xiǎn)并存

神奇而美麗的極光就像是一條通往天空的道路，很多人都期待能一睹極光的美妙。但當(dāng)你欣賞著極光的同時(shí)，可能地球的某個(gè)地方正在遭受災(zāi)難。因?yàn)闃O光雖美，但卻會(huì)給地球通信帶來很嚴(yán)重的影響。

極光的出現(xiàn)實(shí)質(zhì)是太陽能量子摩擦地球的大氣層產(chǎn)生的，地球通信需要的無線電也是需要依靠地球大氣層傳播的。所以極光的產(chǎn)生會(huì)干擾電離層，影響無線電的傳播。

越絢爛的極光對(duì)應(yīng)著越強(qiáng)烈的地磁暴，從而會(huì)導(dǎo)致長距離輸電線路中產(chǎn)生強(qiáng)力電流，容易使整個(gè)電網(wǎng)范圍內(nèi)的變壓器同時(shí)發(fā)生故障，使電力傳輸線受到嚴(yán)重干擾，從而導(dǎo)致某些地區(qū)暫時(shí)失去電力供應(yīng)。1989年的強(qiáng)極光出現(xiàn)在加拿大魁北克上空，伴隨而來的地磁暴使魁北克全省的供電系統(tǒng)癱瘓，600萬加拿大人長達(dá)9小時(shí)無電可用。

大量帶電粒子轟擊地球大氣，會(huì)影響電離層反射短波無線電的能力，使短波通信受到干擾或中斷。另外，帶電粒子的轟擊加熱了地球高層大氣，使得大氣膨脹，增加了衛(wèi)星的空氣阻力，會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星的高度降低，縮短衛(wèi)星的壽命。

所以了解極光，對(duì)了解地球外層空間結(jié)構(gòu)、掌握空間天氣、減少太陽風(fēng)暴對(duì)地球的影響以及保障飛行器在外層空間的安全等，都有著重要的意義。