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美丽的极光

2019-11-10 14:10

简介

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极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的彩色发光现象。极光一般呈带状、弧状、幕状、放射状,这些形状有时稳定有时作连续性变化。

在地球南北两极附近地区的高空,夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带,有时它像一团火焰,有时它又像一张五光十色的巨大银幕。它轻盈地飘荡,同时忽暗忽明,发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气。这种壮丽动人的景象就叫做极光。

极光的产生原理和极光的分布区域极光是来自太阳活动区的带电高能粒子流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。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。

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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。 极光下边界的高度,离地面不到100公里,极大发光处的高度离地面约110公里左右,正常的最高边界为离地面300公里左右,在极端情况下可达1000公里以上。根据关于极光分布情况的研究,极光区的形状不是以地磁极为中心的圆环状,而是卵形。极光的光谱线范围约为3100~6700埃,其中最重要的谱线是5577埃的氧原子绿线,称为极光绿线。 早在2000多年前,中国就开始观测极光,有着丰富的极光记录。

人们知道极光至少己有2000年了,因此极光一直是许多神话的主题。在中世纪早期,不少人相信,极光是骑马奔驰越过天空的勇士。在北极地区,因纽特人认为,极光是神灵为最近死去的人照亮归天之路而创造出来的。随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所知,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。

极光多种多样,五彩缤纷,形状不一,绮丽无比,在自然界中还没有哪种现象能与之媲美。任何彩笔都很难绘出那在严寒的两极空气中嬉戏无常、变幻莫测的炫目之光。 极光有时出现时间极短,犹如节日的焰火在空中闪现一下就消失得无影无踪;有时却可以在苍穹之中辉映几个小时;有时像一条彩带,有时像一团火焰,有时像一张五光十色的巨大银幕,仿佛上映一场球幕电影,给人视觉上以美的享受。

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产生

产生极光的原因是来自大气外的高能粒子撞击高层大气中的原子的作用。这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。现在所知,作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时,被地球磁场俘获,并使其朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞,击走电子,使之成为激发态的离子,这些离子发射不同波长的辐射,产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩。在太阳活动盛期,极光有时会延伸到中纬度地带,例如,在美国,南到北纬40度处还曾见过北极光。极光有发光的帷幕状、弧状、带状和射线状等多种形状。发光均匀的弧状极光是最稳定的外形,有时能存留几个小时而看不出明显变化。然而,大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化。弧状的和折叠状的极光的下边缘轮廓通常都比上端更明显。极光最后都朝地极方向退去,辉光射线逐渐消失在弥漫的白光天区。造成极光动态变化的机制尚示完全明了。 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为"太阳风"。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流,该太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场,磁场使该颗粒流偏向地磁极,从而导致带电颗粒与地球上层大气发生化学反应,形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象,一般称之为北极光。 图片 6 图片 7

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,来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流使高层大气分子或原子激发而产生。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。

大多数极光出现在地球上空90---130千米处。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。在加拿大的丘吉尔城,一年在有300个夜晚能见到极光;而在罗里达州,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。

特征

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极光被视为自然界中最漂亮的奇观之一。如果我们乘着宇宙飞船,越过地球的南北极上空,从遥远的太空向地球望去,会见到围绕地球磁极存在一个闪闪发亮的光环,这个环就叫做极光卵。由于它们向太阳的一边有点被压扁,而背太阳的一边却稍稍被拉伸,因而呈现出卵一样的形状。极光卵处在连续不断的变化之中,时明时暗,时而向赤道方向伸展,时而又向极点方向收缩。处在午夜部分的光环显得最宽最明亮。长期观测统计结果表明,极光最经常出现的地方是在南北磁纬度67度附近的两个环带状区域内,分别称作南极光区和北极光区。在极光区内差不多每天都会发生极光活动。在极光卵所包围的内部区域,通常叫做极盖区,在该区域内,极光出现的机会反而要比纬度较低的极光区来得少。在中低纬地区,尤其是近赤道区域,很少出现极光,但并不是说压根儿观测不到极光。1958年2月10日夜间的一次特大极光,在热带都能见到,而且显示出鲜艳的红色。这类极光往往与特大的太阳耀斑暴发和强烈的地磁暴有关。在寒冷的极区,人们举目瞭望夜空,常常见到五光十色,千姿百态,各种各样形状的极光。毫不夸大地说,在世界上简直找不出两个一模一样的极光形体来,从科学研究的角度,人们将极光按其形态特征分成五种:一是底边整齐微微弯曲的圆弧状的极光弧;二是有弯扭折皱的飘带状的极光带;三是如云朵一般的片朵状的极光片;四是面纱一样均匀的帐幔状的极光幔;五是沿磁力线方向的射线状的极光芒。

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。地球磁场形如漏斗,尖端对着地球的南北两个磁极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降,进入地球的两极地区。两极的高层大气,受到太阳风的轰击后会发出光芒,形成极光。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,形似慧尾的地球磁尾。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,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。科学家从这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。例如,通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源,粒子种类,能量大小,地球磁尾的结构,地球磁场与行星磁场的相互作用,以及太阳扰乱对地球的影响方式与程度等。 图片 10

极光形体的亮度变化也是很大的,从刚刚能看得见的银河星云般的亮度,一直亮到满月时的月亮亮度。在强极光出现时,地面上物体的轮廓都能被照见,甚至会照出物体的影子来。最为动人的当然是极光运动所造成的瞬息万变的奇妙景象。我们形容事物变得快时常说:“眼睛一眨,老母鸡变鸭。”极光可真是这样,翻手为云,覆手为雨,变化莫测,而这一切又往往发生在几秒钟或数分钟之内。极光的运动变化,是自然界这个魔术大师,以天空为舞台上演的一出光的活剧,上下纵横成百上千公里,甚至还存在近万公里长的极光带。这种宏伟壮观的自然景象,好像沾了一点仙气似的,颇具神秘色彩。令人叹为观止的则是极光的色彩,早已不能用五颜六色去描绘。说到底,其本色不外乎是红、绿、紫、蓝、白、黄,可是大自然这一超级画家用出神入化的手法,将深浅浓淡、隐显明暗一搭配、一组合,好家伙,一下子变成了万花筒啦。根据不完全的统计,能分辨清楚的极光色调已达一百六十余种。极光这般多姿多彩,如此变化万千,又是在这样辽阔无垠的穹窿中、漆黑寂静的寒夜里和荒无人烟的极区,此情此景,此时此刻,面对五彩缤纷的极光图形,亲爱的读者,你说能不令人心醉,不叫人神往吗?无怪乎在许许多多的极区探险者和旅行家的笔记中,描写极光时往往显得语竭词穷,只好说些“无法以言语形容”,“再也找不出合适的词句加以描绘”之类的话作为遁辞。是的,普通的美丽、壮观、奇妙等字眼在极光面前均显得异常的苍白无力,可以说,即使有生花妙笔也难述说极光的神采、气势、秉性脾气于万一。神奇声音

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。

北极光是指常出现在地球高纬度地区高层大气中的发光现象,是太阳风与地球磁场相互作用的结果。北极光非常绚烂美丽,而伴随北极光发生的,是一种很神秘的声音。

一直以来,有关这种神秘的北极光声音流传着许多的传说,也让在荒野的人们感到恐惧和敬畏。

北极光发出的这种含混不清的爆裂声的来源,终于首次在科学上得到了合理的解释。

芬兰阿尔托大学的科学家们发现了北极光神秘声音的来源,这种声音产生于距地面70米的空中。与此相比,由地球磁场干扰而产生的绚烂而变幻莫测的北极光,则是产生于距离地面120千米的高空。

为了找到声音的来源,科学家们利用了三个互相独立的麦克风,在观测点记录下了北极光的声音。接着,科学家们对这些声音进行对比分析,从而最终确定了北极光声音的来源。当北极光在观测点出现的同时,芬兰气象研究所也同步测量到了伴随北极光产生了地磁干扰。

阿尔托大学的莱恩(Unto K. Laine)教授表示,“我们研究发现,在北极光出现期间,人们可以听见一种伴随极光自然产生的声音。过去,我们认为极光离我们太远,不可能会听到极光发出的声音,这种推断没有错,但事实是,极光是由太阳产生的能量粒子干扰地球磁场而产生的,它们在很远的天边,伴随极光的声音也是由类似原因而产生,只不过产生这种声音的地方离地面更近。”

有关北极光神秘声音产生的具体原因仍然是一个迷,这种声音并不是每次都会伴随极光而来。从被记录下来的声音来看,这种声音听起来像是一种含混不清的爆裂声,并往往只持续一小段时间。另外一些听到过极光声音的人把这种声音描述为一种噼啪声,并且感觉声音的距离很远。通过这些不同的描述,科学家们推测北极光声音产生的背后可能有着若干不同的原理。

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