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极光

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极光(Aurora、Aurora Borealis、Polar light或Northern light)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,来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生。极光常常出现于纬度靠近地磁极地区上空,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。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。
中文名
极光
外文名
Aurora,Aurora Borealis,Polar light或Northern light
形 状
带状、弧状、幕状、放射状等
极光区
磁极25°~30°的范围
条 件
大气磁场、高能带电粒子

极光形态 编辑

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氧原子绿线,称为极光绿线。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。

分布区域 编辑

由于地磁场的作用,
极光
极光 (20张)
这些高能粒子转向极区,所以极光常见于高磁纬地区。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。

基本分类 编辑

按照极光的形态分类,可分为匀光弧极光、射线式光柱极光、射线式光弧光带极光、帘幕状极光、极光冕等。 [1]
按照极光观测的电磁波波段,可分为光学极光、无线电极光等。[1]
按激光激发粒子类型,可分为电子极光、质子极光等。
按照极光发生区域,可分为极盖极光、极光带极光 [1] 、中纬极光红弧等 [1]

观赏案例 编辑

2015年3月3日凌晨,中国南极中山站站区上空出现绚丽的极光现象,持续时间超过数小时。极光是发生在地球高磁纬地区的一种大规模放电现象。由于中山站特殊的地理位置,一天穿越两次极光带,是世界上进行极光观测的最佳场所之一。[2]

产生原因 编辑

极光(Aurora、Aurora Borealis、Polar light或Northern light)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,来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)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。[3]
极光一般只在南北两极的高纬度地区出现,但是2010年8月1日的太阳风暴恰好面向地球爆发,携带大量带电粒子的太阳风准确无误地“击中”地球,与地球磁场相互作用产生“磁暴”,使美国密西密歇根州、丹麦和英国等纬度稍低的地区都能够看到美丽的北极光景观。专家称,这一次的太阳风暴并没有像事先推测的那样破坏全球的卫星和电信系统,却给地球带来一场壮丽的“焰火盛会”。[4]

早期观点

许多世纪以来,这一直是人们猜测和
极光
极光 (5张)
探索的天象之谜。从前,爱斯基摩人以为那是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时,人们则认为那是格陵兰冰原反射的光。到了17世纪,人们才称它为北极光——北极曙光(在南极所见到的同样的光称为南极光)。
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。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”。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流,因而属于等离子态。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。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
数位合成画面 数位合成画面
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。在南极地区形成的叫南极光,在北极地区形成的叫北极光
在过去,有些理论被用来解释这种现象,但都已经过时了:
1.本杰明·佛兰克林(Benjamin Franklin)的理论:神奇的北极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和其他的湿气作用造成的;
2.极光的电子来自太阳发射的光束。这是克利斯蒂安柏克兰在1900年提出的说法,她在实验室用真空室和磁化的地球模型,显示电子是如何被引导至极区。这个模型的问题包括本身缺乏在极区的极光、负电荷本身自行散射这些光束、而且仍然缺乏任何太空中的观测证据;
3.破水桶理论:极光是溢流出的辐射带,这是詹姆斯·范艾伦和工作伙伴大约在1962年首先提出的。他们指出在辐射带内获得的巨大能量很快就会在极光的漫射中耗尽。不久之后,很明显地,陷在辐射带内的都是高能的带正电离子,而在极光内几乎都是能量较低的电子;
4. 极光是太阳风中的粒子被地球的场线引导至大气层顶端造成的。这适用于极光的尖点,但在尖点之外,太阳风没有直接的作用。另一方面,太阳风的能量主要都留驻在带正电的离子,电子只有0.5eV,而在尖点上会上升至50~100eV,这仍然远低于极光的能量。[1]

现代观点

1890年,挪威物理学家柏克兰认为,离地球1.5亿千米的
极光 极光
太阳几乎连续不断地向地球放射物质点。而离地球5万千米至6.5万千米以外有一层磁场将地球罩住。当太阳的质点直射这层磁场而被挡住时,它便向地球四周扩散,寻找钻入的空隙,结果约有1%的质点钻入北磁极附近的大气层。每颗太阳质点含有等于1000伏特的电力。它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇,原子吸收了太阳质点所含的一部分能量时,立即又将这能量释放出来而产生极强的光,发出绿色和红色的光,氮则发出紫、蓝和一些深红色的光。这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象。
许多科学家正在对极光作深入的研究。人们看到的极光,
极光图片 极光图片
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。
极光虽然美丽,但是在地球大气层中投下的能量,可以与全世界各国发电厂所产生电容量的总和相比。这种能量常常搅乱无线电和雷达的信号。极光所产生的强力电流,也可以集结在长途电话线或影响微波的传播,使电路中的电流局部或完全“损失”,甚至使电力传输线受到严重干扰,从而使某些地区暂时失去电力供应。怎样利用极光所产生的能量为人类造福,是当今科学界的一项重要使命。
根据美国国家航空航天局“瑟宓斯卫星任务”(2007/12)(Themis mission)传回的新数据,科学家发现太阳释放的带电粒子像一道气流飞向地球,碰到北极上空磁场时又形成若干扭曲的磁场,带电粒子的能量在瞬间释放,以灿烂眩目的北极光形式呈现,而地球的极光主要只有红、绿二色是因为在热成层的氮气和氧原子被电子碰撞,分别发出红色和绿色光。瑟密斯卫星任务的5个人造卫星群于2007年2月成功发射升空,3月在阿拉斯加和加拿大上空侦测到北极光出现两小时,同一时间卫星也侦测到带电粒子流接触到北极磁场。而让安吉罗波洛斯惊讶的是,带电粒子和磁场接触形成的地磁风暴以每分钟650公里的速度掠过空中,威力相当于芮氏规模5.5级的地震。
科学家早就怀疑,北极光的能源来自带电粒子与北极磁场接触产生的扭曲磁场,但红河谷漂流一日游这个理论一直到2010年5月才获得证实。当时瑟密斯任务的卫星群从地球上空6万多公里首度测到扭曲磁场的结构。

产生原理

极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近,地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线(Field line)集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并激发,产生光芒,形成极光。经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内,阿拉斯加的费尔班(Fairbanks)一年之中有超过200天的极光现象,因此被称为“北极光首都”。所以极光只能在地球的南北极被看见。
红河谷漂流一日游地球磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球内部,进而驱动了地磁场的形成。在这磁层磁
力线闭合环路上除了有地球内部的导电体之外,另外还有大气层的电离层-这一弱导电体。当太阳风强烈时,磁力线能量遇到地球内部的磁感抗,有许多能量消耗不掉,于是就在电离层处形成了极光。
在地球上,极光是磁极地区上空的彩色发光现象。一般呈带状、弧状、幕状或放射状。这些形状有时稳定有时作连续性变化。它们有着五颜六色的光辉,像飘舞的彩带,又像万里长虹。在大约离磁极25°~30°的范围内会常出现极光,这个区域称为极光区或者称为极光椭圆带。这种解释一开始让人感觉蛮有点道理,但是仔细分析会发现,这是个根本不能成立的解释。
太阳风里的带电粒子每立方厘米只有几个,就是让它们全发光,也难
红河谷漂流一日游冰岛艾雅法拉火山上空的北极光 冰岛艾雅法拉火山上空的北极光
以观察。而如果让它们去撞击气体粒子,它们被撞到的概率更是微乎其微。再说说带电粒子的沉降,人们根本不可能让带电粒子像灰尘一样地沉降。当年斯托默就想计算极光的带电粒子,不想它早跑到辐射带里去了。
就算之前假设全都成立,按照带电粒子撞击气体粒子形成极光理论,极光在极尖区应该是一个柱状体,而不应该是一个扁平环。而且扁平环处是极强磁场区;扁平环-极光椭圆带也并不在极尖区之内,太阳风是到达不了那里的。还有就是南北极光是共轭飞舞的,这也是带电粒子撞击气体粒子形成极光理论所不可能解释的现象。太阳风的速度平均也就是400千米每秒,而电磁场的变化速度是接近30万千米每秒。如果同时看到南北两极的极光共同镜像飞舞,无论极光是地球的、土星的、或者是木星的,那都是一种视觉享受。讯息万变的极光形态以及色彩变化,这都是太阳风的速度所做不到的事情。
观念的改变有时会使人豁然开朗,如果用磁力线携带能量在电离层处形成极光的解释来看待地球磁层结构的变化。我们会发现有好多疑难问题都可以得到解决。例如空间科学的磁重联、磁亚暴等许多争论多年疑问就都能够理顺了。

典故传说 编辑

中国

传说一
相传公元前两千多年的一天,夜来临了。随着夕阳
紫色的极光 紫色的极光
西沉,夜已将它黑色的翅膀张开在神州大地上,把远山、近树、河流和土丘,以及所有的一切全都掩盖起来。一个名叫附宝的年轻女子独自坐在旷野上,她眼眉下的一湾秋水闪耀着火一般的激情,显然是被这清幽的夜晚深深地吸引住了。夜空像无边无际的大海,显得广阔。安详而又神秘。天幕上,群星闪闪烁烁,静静地俯瞰着黑魆的地面,突然,在北斗七星中,飘洒出一缕彩虹般的神奇光带,如烟似雾,摇曳不定,时动时静,像行云流水,最后化成一个硕大无比的光环,萦绕在北斗星的周围。其时,环的亮度急剧增强,宛如皓月悬挂当空,向大地泻下一片淡银色的光华,映亮了整个原野。四下里万物都清晰分明,形影可见,一切都成为活生生的了。附宝见此情景,心中不禁为之一动。由此便身怀六甲,生下了个儿子。这男孩就是黄帝轩辕氏。以上所述可能是世界上关于极光的最古老神话传说之一。
传说二
在我国的古书《山海经》中也有极光的记载。书中谈到北方有个神仙,形貌如一条红色的蛇,在夜空中闪闪发光,它的名字叫烛龙。关于烛龙《大荒北经》有如下一段描述:“西北海之外,赤水之北,有章尾山。有神,人面蛇身而赤,直目正乘,其瞑乃晦,其视乃明。不食不寝不息,风雨是竭。是烛九阴,是谓烛龙。”这里所指的烛龙,实际上就是极光。

外国

极光这一术语来源于拉丁文伊欧斯一词。传说伊欧斯是希腊神话中“黎明”(其实,指的是晨曦和朝霞)的化身,是希腊神泰坦的女儿,是太阳神月亮女神的妹妹,她又是北风等多种风和黄昏星等多颗星的母亲。极光还曾被说成是猎户星座的妻子。在艺术作品中,伊欧斯被说成是一个年轻的女人,她不是手挽个年轻的小伙子快步如飞地赶路,便是乘着飞马驾挽的四轮车,从海中腾空而起;有时她还被描绘成这样一个女神,手持大水罐,伸展双翅,向世上施舍朝露,如同我国佛教故事中的观音菩萨,普洒甘露到人间。
爱斯基摩人认为极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬,原住民则视极光为神灵现身,深信快速移动的极光会发出神灵在空中踏步的声音,将取走人的灵魂,留下厄运。

自然特征 编辑

极光之美

极光 极光
极光被视为自然界中最漂亮的奇观之一。[1] 早在2000多年前,中国就开始观测极光,有着丰富的极光记录。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。[1] 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
极光之美 极光之美
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话剧,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

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。
格陵兰极光
格陵兰极光 (12张)
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。

观测地点 编辑

大多数极光出现在地球上空90~130千米处。美国匹兹堡磁纬高,就比在北京看到极光的机会大多了。2004年11月7日晚,较强极光出现在匹兹堡。 肉眼能看出绿色,红色。2003年11月20日傍晚,极光出现在匹兹堡南方地平线,一小时后消退。半夜时又出现在北方低空。2003年10月30日出在匹兹堡的
极光 极光
极光,虽然是在光污染严重的市内,但仍能看到红色的光芒。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。美国的费尔班克斯一年有200多天能看到极光;而在佛罗里达州,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。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。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,形似彗尾的地球磁尾。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
极光 极光
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(如耀斑爆发),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。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。

其他行星 编辑

拍摄到的木星极光 拍摄到的木星极光
木星和土星这两颗行星都有比地球更强的磁场(木星在赤道的磁场强度是4.3高斯,相较之下地球只有0.3高斯),而且两者也都有强大的辐射带。哈勃太空望远镜也很清楚的看见这两颗行星的极光。在巨大气体行星上的极光看起来与地球的相似,也是由太阳风提供能量,另外,木星的卫星,特别是埃欧,更是木星极光的能量来源。这些电流是沿着场线(场准直电流)涌生出的,肇因于卫星绕着行星公转的相对运动,引起的发电机机制。有着火山活动和电离层的埃欧,是带电粒子的强力来源,从1955年开始就在研究由它的电流所发射出来的电波辐射。使用哈柏太空望远镜也在埃欧、欧罗巴和甘尼米德上观测到极光,当木星磁气圈的等离子撞击到它们稀薄的大气层时,就会产生极光。在金星和火星上也曾观测到极光。因为金星没有内在(行星本身)的磁场,金星的极光呈现不同的形状和强度,看起来是明亮但弥漫的补丁,有时会分布在整个行星的盘面。金星的极光源自太阳风的粒子撞击和陷入在夜晚侧的大气层。在2004年8月14日,火星快车号上的仪器SPICAM检测到火星的极光。这道极光位于erra Cimmeria,东经177°,南纬52°,辐射区域大约宽30公里,高度在8公里左右。经由分析包括火星全球探勘者号过去的地壳磁场异常资料,科学家发现辐射的地区是相对来说是区域性的局部磁场最强的地区。这种相关性显示,电子是通过火星地壳的磁力线与被激发的大气层移动。
南欧洲天文台发表了在2000年11月拍摄到木星上极光的照片,和木星两极上空的烟雾,这是科学家第一次清楚拍摄到木星两极的情况。
木星(Jupiter)离地球(Earth)约六亿一千万公里,过去,科学家曾经利用太空总署(NASA)的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope),拍摄到木星极光(aurora)的照片,不过,使用南欧洲天文台(European Southern Observatory)的红外线(infrared)望远镜,科学家可以更清楚地观察到木星极光和北极上空的烟雾(haze)。
拍摄到的木星极光 拍摄到的木星极光
科学家指出,极光是环绕木星的磁轴(magnetic axis),而这些烟雾,是环绕着木星的旋转轴(rotation axis),是在极光环之下;烟雾是受到木星上的地带风(zonal winds)影响,这些地带风是在同一纬度(latitude)上移动的;科学家相信,木星以十小时一次的迅速自转,也会影响两极上空烟雾的移动。
土星极光发射所做的一项新的研究,发现了一个二级极光卵形环(auroral oval),亮度是主极光卵形环的四分之一。主极光卵形环是十多年前首次在哈勃太空望远镜的图像中看到的,此后其形态已被详细确定,但关于其起源一直存在争论。一种理论认为,它们是地球上所看到的极光卵形环(主要由与太阳风的相互作用形成)和木星上的极光卵形环(由与等离子流的相互作用形成)之间的一个混合结构。但土星二级极光卵形环的性质表明,它是木星主极光卵形环的一个弱对应体,它之所以相对较暗,是由于土星没有一个像“木卫一”(有火山喷发活动)这样的大型离子源。现在看来,土星和木星上的极光形成过程是非常相似的,其外观的差别是由比例尺差别造成的。

木星极光 编辑

木星远紫外线喷射最新观测显示,明亮的木星极光爆发很可能是由行星-卫星交互作用产生的,而不是受太阳活动性影响。研究小组指出,木星极光喷射揭示能量通过木星大磁气圈传输和消散,然而主要的极光喷射是恒稳态行星旋转的内部驱动,短暂的明亮发光通常被认为是外部太阳风受压引发。Hisaki探测器和哈勃望远镜提供的证据表明,最新观测到的明亮木星极光实际上是内部驱动所致。强烈喷射从木星极冠区域延伸至木卫一极光迹象附近的纬度,暗示着通过内部等离子循环过程,能量快速进入木星极地区域。
木星观测者知道这颗巨大行星经常出现极光,比地球极光明亮数千倍,并且覆盖范围是地球面积数倍,通常他们认为木星极光是太阳带电粒子与木星磁场发生碰撞所产生的,也可能是由于木星和它的卫星单独交互作用所致。
但是这些极光耀眼明亮周期类似于地球极光,没有人能够明确跟踪分析究竟是哪一种原因导致的。木星和木卫一交互作用产生的极光现象,木卫一表面火山释放带电离子和电子云,进入木星周边弥漫强磁场的区域,这里的磁场是地球磁场强度的数千倍。
伴随着木星快速旋转,木星磁场旋转作用下牵引木卫一物质环绕其周围,导致木星极地出现强电场。这种加速离子和电子产生强极光现象,几乎照亮了电磁波谱所有部分,但不包括紫外线、X射线高能波谱带。[6]

补充资料 编辑

极光是南北极地区特有的一种大气发光现象。极光在东西方的神话传说中都留下了美丽的身影,现代科学的发展,使人类能够用理性的眼光看待极光,对它作出科学的解释。
长期以来,极光的成因机理未能得到满意的解释。在相当长一段时间内,人们一直认为极光可能是由以下三种原因形成的。一种看法认为极光是地球外面燃起的大火,因为北极区临近地球的边缘,所以能看到这种大火。另一种看法认为,极光是红日西沉以后,透射反照出来的辉光。还有一种看法认为,极地冰雪丰富,它们在白天吸收阳光,贮存起来,到夜晚释放出来,便成了极光。总之,众说纷纭,无一定论。直到20
丹麦摄影师8月4日凌晨拍摄到的极光景观 丹麦摄影师8月4日凌晨拍摄到的极光景观
世纪60年代,将地面观测结果与卫星和火箭探测到的资料结合起来研究,才逐步形成了极光的物理性描述。
人们认识到,极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关,另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关,这种粒子流通常称为太阳风。由此可见,形成极光必不可少的条件是大气、磁场和太阳风,缺一不可。具备这三个条件的太阳系其他行星,如木星和水星,它们的周围,也会产生极光,这已被实际观察的事实所证明。
地磁场分布在地球周围,被太阳风包裹着,形成一个棒槌状的胶体,它的科学名称叫做磁层。为了更形象化,我们打这样一个比方。可以把磁层看成一个巨大无比的电视机显像管,它将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束,聚焦到地磁的极区,极区大气就是显像管的荧光屏,极光则是电视屏幕上移动的图像。但是,这里的电视屏幕却不是18英寸或24英寸,而是直径为4000公里的极区高空大气
丹麦摄影师8月4日凌晨拍摄到的极光景观 丹麦摄影师8月4日凌晨拍摄到的极光景观
。通常,地面上的观众,在某个地方只能见到画面的l/50。在电视显像管中,电子束击中电视屏幕,因为屏上涂有发光物质,会发射出光,显示成图像。同样,来自空间的电子束,打入极区高空大气层时,会激发大气中的分子和原子,导致发光,人们便见到了极光的图像显示。在电视显像管中,是一对电极和一个电磁铁作用于电子束,产生并形成一种活动的图像。在极光发生时,极光的显示和运动则是由于粒子束受到磁层中电场和磁场变化的调制造成的。
极光不仅是个光学现象,而且是个无线电现象,可以用雷达进行探测研究,它还会辐射出某些无线电波。有人还说,极光能发出各种各样的声音。极光不仅是科学研究的重要课题,它还直接影响到无线电通信,长电缆通信,以及长的管道和电力传送线等许多实用工程项目。极光还可以影响到气候,影响生物学过程。当然,极光也还有许许多多没有解开的谜。
人们知道极光至少已有2000年了,因此极光一直是许多神话的
极光 极光
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。
产生极光的原因是来自大气外的高能粒子(电子和质子)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。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。
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。
极光图片 极光图片
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,形似彗尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1,000个地球半径长。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发),常引起地球磁层亚暴
现年40岁的琳达-德雷克(Linda Drake)在过去的4年中拍摄了众多美轮美奂的北极光图片。每年她都会冒着零下20度的低温来到加拿大马尼托巴省,以期能捕捉到最精彩的极光图片。如图右
这项研究是由美国加州大学洛杉矶分校的安吉罗波洛斯主持,其研究结果已于2007年12月9日在“美国地球物理联合会”的学术会议中发表。
在北半球观察到的极光称北极光,南半球观察到的极光称南极光,经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内,阿拉斯加费尔班克斯(Fairbanks)一年之中有超过200天的极光现象
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