極光：最漂亮的自然奇觀之一

李忠東

2023年12月1日晚，北京、黑龍江漠河和大慶、內蒙古額爾古納等多地出現極光現象。紅色、綠色將天空澄染得絢麗無比，點點星辰在極光中格外耀眼。美輪美奐的天空與白雪覆蓋的大地交相輝映，宛若夢境。軍見的視覺盛宴讓人大開眼界。

三個條件不可少

極光一般出現在80～500千米的高度范圍內，它的產生有3個必要條件：大氣、磁場和高能帶電粒子，缺一不可。大氣提供了發光的物質，磁場提供了導引帶電粒子的通道，高能帶電粒子則提供了激發大氣發光的能量。

地球是一個巨大的磁體，內部存在著復雜而動態的磁場。地心有南極和北極，有一定的傾角和偏移，與地理學上南極和北極并不重合。地球磁場的強度和方向隨著地點和時間的變化而變化。一般來說，赤道處地球磁場最弱，兩極處地球磁場最強。地球磁場的外部形狀近似于一個由磁力線組成的橢球體。

太陽時刻都在進行核聚變，除了給地球提供能量以外，核聚變還會不停產生大量高能帶電粒子。這些物質噴涌而出，充斥整個太陽系，被形象地稱為太陽風。地球磁場對太陽風中的帶電粒子有著導引和捕獲作用，一部分帶電粒子被地球磁場反彈回太空，另一部分則沿著地球磁力線進入極區大氣層，形成極光。

一般情況下，太陽的高能帶電粒子抵達地球附近時，地球磁場會把它們導引向兩極，所以極光經常出現在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內。美國阿拉斯加州的費爾班克斯，一年之中有超過200天的極光現象，因此被稱為“北極光首都”。冰島整個國家都在極光帶上，是北半球受歡迎的觀測極光地。

如果抵達地球的太陽高能帶電粒子特別強，就會和地球磁場相互作用產生地磁暴。有些高能帶電粒子在中緯度或者低緯度地區進入大氣層，由此擴大了極光發生的范圍，使原本常見于高緯度地區的極光，也會在中低緯度地區乃至赤道地區出現，比如2023年11月初，極光就罕見地在意大利和美國得克薩斯州現身。

多姿移態有聲育

地球磁場就如同盾牌一般，抵擋住太陽風，使它無法直接吹到地球，而在地球磁場的作用下圍繞地球儲存起來。當儲存的能量飽和時，它才會沿著磁力線跑到地球大氣層。在與大氣相互碰撞后，大氣中的原子和分子獲得能量并釋放，就形成了讓我們大飽眼福的極光。

極光千姿百態，絢麗無比，變化莫測，有時穩定，有時變化，有時單一，有時復雜，有時明亮，有時暗淡，主要取決于帶電粒子的能量、密度、分布、方向，磁場的強度、方向、變化，以及大氣層的成分、密度、溫度、壓強等因素。極光會像一條展開的顏色較淡的天河，隨著夜色加深，色彩逐漸變濃、變綠，還會出現粉色、藍紫色和紅色。

勻光弧極光是最常見也最簡單的極光形態，通常出現在太陽風較弱時，顏色為淡綠或淡紅。它呈現為一條或多條平行于地平線的弧形亮帶，持續時間較長，通常是靜止或緩慢移動。

射線式光柱極光通常出現在太陽風較強時，由許多垂直于地平線的細長亮柱組成，顏色為綠、紅、紫等，較為復雜壯觀。它持續時間較短，快速移動或閃爍，變化較快。

射線式光弧光帶極光介于勻光弧極光和射線式光柱極光之間，由許多射線式光柱沿著一條或多條勻光弧排列而成，通常呈綠色、紅色或紫色。它通常出現在太陽風較強時，持續時間較短，變化較快。

簾幕狀極光由許多射線式光柱沿著一條或多條曲折變化的弧形亮帶排列而成，亮帶上又有許多細小的射線或條紋，細節和層次豐富，通常呈綠色或紫色，是最精彩也最復雜的極光形態。它通常出現在太陽風較強時，持續時間較短，變化較快。

極光冕由許多射線式光柱從一個點向四周放射而成，通常呈綠色或紫色。它通常出現在太陽風最強時，持續時間最短，變化最快。

北極光絢爛美麗，而伴隨發生的還有一種很神秘的聲音。科學家在觀測點記錄下了北極光的聲音并加以分析，認為它們產生于距離地表70米的空中。

被記錄下來的極光聲音像一種含混不清的爆裂聲，持續時間不長。也有些極光的聲音是一種噼啪聲，聲音有一種距離感，仿佛很遠。科學家推測，極光聲音產生的背后可能有若干不同的原理：一是極光發出的電磁波與地面或空氣中的物質相互作用的結果；二是極光激發了大氣中的電暈放電，電暈放電指由于電場強度過大，導致空氣等不導電的介質被擊穿，而形成的放電現象，伴有藍色輝光和咝咝聲；三是極光改變了大氣中溫度和壓力的分布，導致空氣流動和震動；四是極光引起了人類或動物的心理或生理反應，導致聽覺錯覺或幻聽。

與地磁暴有關系

太陽黑子指太陽光球表面有時出現的一些暗的區域，是太陽表面可以看到的最突出的現象。黑子活動區是太陽光球表面磁場最強、能量最密集的地方，地球上天氣或氣候反常，均與太陽黑子活動有密切關系。

在太陽黑子強大的磁場驅動下，大量日冕物質被高速拋離太陽表面，形成類似爆炸的沖擊波，沖擊波快速傳遞到太陽系的各處。日冕物質不但具有由巨大質量和速度匯聚成的動能，而且攜帶著強大的磁場能，一旦命中地球，就會引發地球磁場方向與大小的變化，即地磁暴。

地磁暴會影響無線電波的傳播，干擾地面通信和衛星信號，影響導航衛星系統的精確度以及手機和衛星電視的信號質量。與此同時，它可能會對電力傳輸系統產生影響，增加輸電線路的電流負荷，甚至可能導致變壓器或其他電網設施損壞，引起電力中斷。地磁暴產生的高能粒子還會對在軌衛星造成損害，影響它們的正常運作，導致數據丟失或衛星功能故障。磁暴期間的輻射增加可能對宇航員產生安全問題，通常需要采取額外的防護措施。

另一方面，飛行在高緯度地區的飛機可能會因為地磁暴而受到更高水平的輻射，航空公司有時要改變航線以減少乘客和機組人員的輻射暴露。

由于持續時間不長，地磁暴對人體的影響很小，可以忽略不計，但也有理論認為，強烈的地磁暴可能會影響動物的遷徙和導航能力。

當然啦，地磁暴帶來的不全是壞事，比如極光的發生。

中國氣象局國家空間天氣監測預警中心持續監測相關太陽活動，并根據太陽黑子數變化情況來判斷太陽活動的勢頭。目前正處在太陽第25活動周的上升期，并且正在往極大值時期發展，2024年仍然是太陽活動的高年。這就意味著在這個冬天里，我國北方還有看到極光的可能。

冬天，你會去北方看北極光嗎？