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极光是如何形成的?

295 2024/02/26

极光通常发生在北极圈和南极圈附近,在北京看到极光确实是很罕见的。对此,你可能也会有很多疑问,极光是如何形成的?为何在北京也能看到极光?北京发生极光对我们的生活有影响吗?

 

一、极光是如何形成的?

 

简单来说,极光是一种绚丽多彩的等离子体现象。其发生是由于太阳风(太阳带电粒子流)进入地球磁场,在地球南北两极附近地区的高空,夜间出现的灿烂美丽的光辉。

 

地球上大部分能量都来源于太阳,极光也不例外,其能量的来源也是太阳。太阳是一个时刻都在进行核聚变的巨大天体,除了给地球提供能量以外,核聚变还会不停产生大量高能带电粒子。这些物质喷涌而出,充斥在整个太阳系,被形象地称为太阳风。地球磁场就如同盾牌一般,可抵挡来自宇宙的“千军万马”。

 

因此,太阳风并不会直接吹到地球上,而是在地球磁场的作用下围绕地球储存起来,当储存的能量饱和时,就会沿着磁力线跑到地球大气层,在与大气相互碰撞后,大气中的原子和分子获得能量并释放,这就形成了让我们大饱眼福的极光。

 

 “极光”的“极”是指地球地理南北极吗?

 

“极光”的“极”指代的是地球磁场南北极。地球的磁轴(也就是连接地球磁场南北极的假想直线)与地球的自转轴是具有一定夹角的,这就导致大多数极光出现的位置虽然在地理极区附近,却并不是环绕着地理极点的。

 

并且,地球磁轴与自转轴的夹角并不是固定不变的,也就是说磁极所对应的地理位置是可以发生变化的。

 

如此神秘的磁极,那么有没有机会可以“亲近”它呢?2024年9月,全球唯一奢华破冰船指挥官夏古号即将带领人类首度穿越地理北极点&地磁北极点“双北极点”。

 

史无前例·追迹双北极点

 

二、为何在北京也能看到极光?

 

尽管极光主要出现在高纬度地区,但是中低纬度地区也会出现极光,只是频率比较低。今年报道了好几次中国出现极光的消息,主要是因为经常有强磁暴发生和磁极正在逐渐向东漂移。

 

“强磁暴”是什么意思呢?先说“磁暴”,磁暴指地球磁场的全球性剧烈扰动,一般是由太阳风暴引起的,因为太阳风暴会使太阳喷射出能量很高、超声速的物质。而“强磁暴”的产生过程是这样的:能量很高、超声速的物质到达地球后会压缩地球的磁场,造成地球磁场的扰动,此时如果物质具有南向磁场(即与地球磁场的方向相反),则会引起更加剧烈的扰动。可以用电吹风吹头发的过程类比太阳风暴喷射物质到达地球的过程:当我们以不同温度、不同风速的风(对应不同能量与速度的太阳物质)吹头发时,感受到的风吹头发的程度(对应磁场扰动程度)都是不一样的。   

 

为什么在北京看到的极光是红色的?

 

我们平时看到的极光图片,大多是在极圈附近拍摄的,就颜色看,以绿色居多。但为什么在我国、欧洲、澳洲等中低纬地区拍摄的极光,却以红色为主呢?

 

这需要我们对极光颜色的空间分布有一个认识,在不同高度,极光的颜色不同。极光产生的高度范围为距离地面的80—1000公里,主要集中在90—400公里。在300公里以上,是以波长670纳米的浅红色为主;200—300公里,以波长630纳米的深红色为主;100—200公里,以波长557.7纳米的绿色为主;100公里以下,则是蓝色、紫色或多种颜色混合成的深红色。

 

有过在海上看远处帆船经验的人知道:最先看到的是帆船的桅杆,然后才是帆船的船体。我们站在地面上看极光,与看远方帆船的道理相似。地球表面有一定弧度,我们看远方物体时,该物体的最下面部分有可能被地球球体遮挡住。

 

因此,如果观测点离极光太远,极光下部的绿色就可能被大气中的云或附近的山、建筑物遮挡。另外,类似于太阳的余晖,红色光线由于折射率小,能传播到更远的地方。因此,中低纬度的人去观察高纬度地区的极光,看到红色极光的概率就较大。在我国看到的极光主要是红色,这也意味着我们离极光卵还很远。

 

三、磁暴的影响是什么?

 

对于我国将可能出现的地磁暴活动,清华大学天文系副教授蔡峥解读,磁暴是太阳活动造成的一种现象,其中太阳发射的高能粒子与地球的磁场相互作用,会对电子通讯产品产生一定影响,对普通人的身体健康几乎没有影响①。

 

磁暴可能会影响无线电波的传播,从而干扰地面通信和卫星信号,这可能影响导航卫星系统的精确度,以及手机和卫星电视的信号质量。同时,强烈的磁暴可能会对电力传输系统产生影响,增加输电线路的电流负荷,有时甚至可能导致变压器或其他电网设施损坏,引起电力中断。

 

目前,磁暴对人体直接健康影响的研究仍在进行中,但有理论认为强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力。“更多的影响可能是对在国际空间站等环境中工作的宇航员,磁暴期间的辐射增加可能对宇航员有安全问题,通常需要采取额外的防护措施。”

 

四、哪里可以看到绚烂的极光?

 

极光通常出现在北极圈和南极圈附近。南极由于旅游季的时候接近极昼,并且绝大多数游客去的南极半岛区域不在极光带上,因此普通人看不到南极光。

 

北极光集中在北极圈附近,以带状形式出现。可以看极光的国家和地区主要有八个:俄罗斯的摩尔曼斯克、北欧三国(芬兰、瑞典、挪威)、冰岛全境、阿拉斯加北部地区、加拿大北部地区,以及格陵兰岛。

 

而乘坐豪华邮轮探索神秘的北极光无疑是最难得的体验之一,追寻北极光、告别阳光、迎接极夜,亦或者在圣诞夜与小提琴家一起在见证这绚丽的景色。

 

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