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  • 揭晓极光这一天象之谜:原来与太阳风暴有关

    字体 2018-09-10 16:14:00
         来源: 中科院之声  

    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?#32422;?#30340;极光记载和传说。

    人们所知最早的极光记录于公元前2600年。在我国古书《河图稽命?#40140;?#20013;说道:“附宝(?#39057;?#30340;母亲)见大电光绕北斗权星,照耀郊野,感而孕二十五月,而生?#39057;?#36713;辕于青邱。”在先秦古书《山海经》中提到,极光是一位名?#23567;?#35302;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?#30149;薄?/p>

    “极光”这一术语来源于拉丁文“伊欧斯”这个?#30465;?#20256;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”这一名称却来源于罗马神话中的织架女神“奥罗拉?#20445;ˋurora), 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,以每秒几百公里的速?#21364;迪?#34892;星际空间,形成太阳风。到达地球附近的粒子不断?#19981;?#22320;球磁场,并环?#39057;?#29699;流动。在太阳风的吹动下,地球磁场不再是对?#39057;模?#24050;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?#22885;?#26007;区”。当磁层出现扰动?#20445;?#30913;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?#22885;?#26007;区?#20445;?#24182;?#19981;?#39640;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?#20445;?#30913;层扰动变得剧烈起来,发生地磁暴。这?#20445;?#23601;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?#27807;?#22320;球的两极地区。?#20004;?#31890;?#28216;?#30005;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?#31890;?#26497;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?#30149;?#23454;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?#22885;?#26007;区?#32972;两?#30340;粒子比?#20185;伲?#20986;现的极光也比较平淡无奇。如果?#39056;?#20056;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?#39057;?#29699;磁极存在一个闪闪发亮的光环,这个环就叫做“极光卵?#20445;?#22823;约在南北纬67度附近。来?#28304;?#23614;的?#20004;?#31890;子大部分?#20004;?#22312;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是在这两个卵状区域内,分别称作北极光区和南极光区。

    平常能见到的大多数极光是绿色的底边整齐微微弯曲的?#19981;?#29366;的极光弧,或者是有弯扭褶皱的飘带状的极光带。

    极光卵所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,反而不容易观看到极光。

    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到地球磁尾中。倒进地球?#22885;?#26007;区”的粒子涓涓细流,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、?#30465;?#27686;等分子或原子?#19981;鰨?#20135;生各种各样的极光。此?#20445;?#21335;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。?#28909;紓?#24102;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8、9月间,爆发了历史上最厉害的太阳风暴——卡林顿?#24405;?#22312;这期间,北美洲、?#20998;蕖?#20122;洲、澳大利亚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?#28216;?#35265;过的绚丽天空,纽?#38469;?#25253;说:“人一辈子中仅能见?#25581;淮位?#20004;次这样的极光。”地处北纬23度的古巴哈瓦那的人们看到那晚天空鲜血般红,像被大火映红一样。

    极光的背后

    极光虽美,也?#30343;?#22826;阳风暴的副产品,它带来的危害更值得?#39056;?#20851;注。越绚烂的极光对应着越强?#19994;?#22320;磁暴,从而会导致长距离输电线路中产生强力电流,容?#36164;?#25972;个电网范围内的变压器同时发生故?#24076;沟?#21147;传输线受到?#29616;?#24178;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?#20302;程被荊?00万加拿大人长达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,使短波通讯受到干扰或中断。另外,带电粒子的轰击加热了地球高层大气,?#27807;?#22823;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。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?#32422;?#20445;障飞行器在外层空间的安全等,都有着重要的意义。

    小?#23454;啊?#30475;极光的好地方、好时间

    从极光的产生原理,可以看出看极光的好地方不在极区,而在极光卵区域。例如?#22253;?#25289;斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰、冰岛南端与挪威北海岸为主的北极光区;在南极洲附近的南极光区。其中,阿拉斯加的?#35759;?#29677;更赢得“北极光首都”的美称。

    我国最北端的漠河,地处北纬53度,但由于磁纬只有40多度,只有在发生比较强?#19994;?#22320;磁暴?#20445;?#25165;能有幸观察到极光。

    现在?#39056;?#30693;道了地磁暴期间极光出现的可能?#36234;?#22823;,那么如何提前知道地磁暴的时间呢?根据中科院空间环境预报中心的预报经验,地磁暴主要是由日冕物质抛射或冕洞高速流引起的。而日冕物质抛射到达地球的时间需要1-3天,冕洞高速流往往有27天的重?#20013;灾?#26399;,因此根据上述时间就能简单地预判地磁暴的出现时间。


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    编辑:任梓嘉

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