神奇炫舞飘逸之光

撰文/解思梅

神奇炫舞飘逸之光

撰文/解思梅

极光是人类用肉眼唯一能够看到的超高层大气物理现象，是自然界的最大奇迹。通常人们对南北极的印象是一片白茫茫的冰雪天地，在那里充满了美丽雄伟壮观千姿百态奇异的冰山、白色寒冷的冰洋景观。其实，南北极的夜空中充满了色彩，数十万米的高空上炫舞着一种神奇之光，可以把人类的思维带入到一个五光十色的奇美世界，它飘逸在极地广袤苍穹之中，这就是自然界中的最大奇迹—— 极光。极光用斑斓的色彩装点着寂寞孤独的冰雪世界。

图1. 欧美人曾一度坚持极光是格陵兰岛冰原的反射光。

图2. 为什么极光会五颜六色、炫舞夺目，是因为大气层中所含的气体成分不同而形成的。与氮气分子相撞发出紫罗兰色和深红色光。

图3. 亿万年来，极光在地球的上空炫舞闪烁，却是一段在引导人类文明探索的历程。

极光的谜底在自然科学发展的长河中有相当长的一段时间并没有被揭开。

自有文字记载以来，极光一直是人类猜测和探索之谜，中国神话曾描绘为大熊星座飘洒出的神奇之光，环绕在北斗星周围，诞生黄帝轩辕氏的故事。2000多年前的《山海经》中形容极光为“触龙”。人面蛇身，身长千里，是钟山之神。北极的土著居民爱斯基摩人则认为极光是引导灵魂进入天堂的火炬。欧美人曾一度坚持极光是格陵兰岛冰原的反射光。直到17世纪，这种自然界的神光才被人们赋予正式的名字——极光。

极光的谜底在自然科学发展的长河中有相当长的一段时间并没有被揭开，早期认为极光是浓密带电粒子与极区的雪和湿气作用而形成的说法。无论是古老神话中所渗透的蒙昧无知，还是人类对极光最初的科学探索中所表现的稚嫩，亿万年来，极光在地球的上空炫舞闪烁，却是一段在引导人类文明探索的历程。

五颜六色极光的成因就是太阳射出的大量带队微粒以高速射进地球外围的高层大气层中稀薄气体的原子和分子剧烈碰撞发出的光。发光的原理与通常日光灯发光的原理一样。就是高能粒子撞击到大气分子发出来的光。至于为什么极光会五颜六色、炫舞夺目，是因为大气层中所含的气体成分不同而形成的。从太阳射出的导电粒子流与不同成分的气体分子相撞时，气体分子会吸收带电粒子的部分能量，同时又将能量释放出来，进而产生不同颜色的光。与氧气分子相撞发出绿色和红色光；与氮气分子相撞发出紫罗兰色和深红色光；与氖气分子相撞发出粉红色光；与氩气分子相撞发出蓝光；与氦气分子相撞发出黄色光。与其他成分的气体分子相撞也是各成其色。

极光的颜色还与带电粒子自身的波长以及它们与气体分子碰撞的空间高度、强度能量和数量都有关。极光主要是以红绿二色为主。因为大气组成的成分主要是氮气和氧气。所以，相比之下与其他成分的气体分子有更多的相撞机会。我们看到的黄绿光会比紫色光的频率要高一些，红色光通常比黄绿光的频率更高。

为什么极光只在南北两极频频出现？

极光出现的高度约在100～500千米的高空。其原因是在此高度趋于真空但有稀薄的气体分子可以诱发极光产生。太阳距地球1.5亿千米，是个庞大而炽热的气体星球。它的内部和表面无时无刻都在进行核裂变反应，这种反应产生了强大带电粒子流。粒子流以极大速度射向周围宇宙空间。把太阳喷射出来的粒子流称为太阳风。太阳风源源不断地奔赴地球，并以等离子状态在地球上空环绕地球磁场相互作用产生磁层。由于地球强大的磁层屏蔽作用，所以它在形成以后至今46亿年来，地球上的大气和水都没有被太阳风吹走。为什么？这是因为太阳风是一个高能粒子主要是质子，它猛烈地吹过地球。但它进不了地球，大部分都被地球磁力线屏蔽掉而折向四周星际空间流散。太阳风对地球的护卫磁层永无停息的撞击，终究会促使一批幸运儿的诞生，有1%的带电粒子寻找到钻空子的机会，它们携带1000伏特的电力进入地球高层大气，遇到稀薄的大气分子相撞就会发光。

极光为什么会在南北两极频繁地出现？这与磁场的构造有关。地球磁场尖端对着南北两极，形如漏斗。钻入大气层的带电粒子在没有碰到大气分子发生碰撞致使能量消耗前，它们更多地会沿着地球磁场的这个漏斗沉降，进入南北两极地区。这就意味着地球磁力线携带着这些带电粒子能量进入到地球内部，进而促使更大规模的地球磁场的形成。在此，地磁场磁力线闭合环路上同时存在地球内部导电体和大气电离层，当沉降的带电粒子愈加增多时，磁力线能量遇到地球内部的磁感抗，也就意味着大量能量无法消耗，于是电离层就爆发极光。当太阳风暴极强，进入北极上空时又会形成若干扭曲的磁场，带电粒子的瞬间释放被称为地磁风暴，也会扰乱无线电和雷达信号，给人类带来灾难。

欣赏斑斓夺目的极光

由于极光的成因是太阳风带电粒子流与大气分子或原子碰撞而形成的。因大气成分的多样化和碰撞的高度强度等多方原因，所以，极光的色彩和形状都是多变的，复杂的。因此出现了自然界美丽的奇光异彩，炫舞夺目的自然现象。在南北纬67度附近环带状区域为最著名的极光区，有北极光首都之称的阿拉斯加费尔班一年之中极光超过200天；奇光异彩的极光，有的像绿色彩虹横挂北极，有的像紫兰花盛开在北极上空，有的像探照灯照射在冰洋的夜空中等等。极光之美由于它的飘逸和变化莫测的特点，被认为是无法用彩笔来描绘。但是，近些年来笔者开拓了冰洋画的研究画创作，感到只画冰洋不画美丽的极光很是遗憾。所以笔者也把相当的精力放在研究极光的画法，略得成效，提供几幅作品欣赏。

（责编：沈婷婷）