极光：最漂亮的自然奇观之一

李忠东

2023年12月1日晚，北京、黑龙江漠河和大庆、内蒙古额尔古纳等多地出现极光现象。红色、绿色将天空澄染得绚丽无比，点点星辰在极光中格外耀眼。美轮美奂的天空与白雪覆盖的大地交相辉映，宛若梦境。军见的视觉盛宴让人大开眼界。

三个条件不可少

极光一般出现在80～500千米的高度范围内，它的产生有3个必要条件：大气、磁场和高能带电粒子，缺一不可。大气提供了发光的物质，磁场提供了导引带电粒子的通道，高能带电粒子则提供了激发大气发光的能量。

地球是一个巨大的磁体，内部存在着复杂而动态的磁场。地心有南极和北极，有一定的倾角和偏移，与地理学上南极和北极并不重合。地球磁场的强度和方向随着地点和时间的变化而变化。一般来说，赤道处地球磁场最弱，两极处地球磁场最强。地球磁场的外部形状近似于一个由磁力线组成的椭球体。

太阳时刻都在进行核聚变，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，充斥整个太阳系，被形象地称为太阳风。地球磁场对太阳风中的带电粒子有着导引和捕获作用，一部分带电粒子被地球磁场反弹回太空，另一部分则沿着地球磁力线进入极区大气层，形成极光。

一般情况下，太阳的高能带电粒子抵达地球附近时，地球磁场会把它们导引向两极，所以极光经常出现在南北纬度67度附近的两个环带状区域内。美国阿拉斯加州的费尔班克斯，一年之中有超过200天的极光现象，因此被称为“北极光首都”。冰岛整个国家都在极光带上，是北半球受欢迎的观测极光地。

如果抵达地球的太阳高能带电粒子特别强，就会和地球磁场相互作用产生地磁暴。有些高能带电粒子在中纬度或者低纬度地区进入大气层，由此扩大了极光发生的范围，使原本常见于高纬度地区的极光，也会在中低纬度地区乃至赤道地区出现，比如2023年11月初，极光就罕见地在意大利和美国得克萨斯州现身。

多姿移态有声育

地球磁场就如同盾牌一般，抵挡住太阳风，使它无法直接吹到地球，而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，它才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，就形成了让我们大饱眼福的极光。

极光千姿百态，绚丽无比，变化莫测，有时稳定，有时变化，有时单一，有时复杂，有时明亮，有时暗淡，主要取决于带电粒子的能量、密度、分布、方向，磁场的强度、方向、变化，以及大气层的成分、密度、温度、压强等因素。极光会像一条展开的颜色较淡的天河，随着夜色加深，色彩逐渐变浓、变绿，还会出现粉色、蓝紫色和红色。

匀光弧极光是最常见也最简单的极光形态，通常出现在太阳风较弱时，颜色为淡绿或淡红。它呈现为一条或多条平行于地平线的弧形亮带，持续时间较长，通常是静止或缓慢移动。

射线式光柱极光通常出现在太阳风较强时，由许多垂直于地平线的细长亮柱组成，颜色为绿、红、紫等，较为复杂壮观。它持续时间较短，快速移动或闪烁，变化较快。

射线式光弧光带极光介于匀光弧极光和射线式光柱极光之间，由许多射线式光柱沿着一条或多条匀光弧排列而成，通常呈绿色、红色或紫色。它通常出现在太阳风较强时，持续时间较短，变化较快。

帘幕状极光由许多射线式光柱沿着一条或多条曲折变化的弧形亮带排列而成，亮带上又有许多细小的射线或条纹，细节和层次丰富，通常呈绿色或紫色，是最精彩也最复杂的极光形态。它通常出现在太阳风较强时，持续时间较短，变化较快。

极光冕由许多射线式光柱从一个点向四周放射而成，通常呈绿色或紫色。它通常出现在太阳风最强时，持续时间最短，变化最快。

北极光绚烂美丽，而伴随发生的还有一种很神秘的声音。科学家在观测点记录下了北极光的声音并加以分析，认为它们产生于距离地表70米的空中。

被记录下来的极光声音像一种含混不清的爆裂声，持续时间不长。也有些极光的声音是一种噼啪声，声音有一种距离感，仿佛很远。科学家推测，极光声音产生的背后可能有若干不同的原理：一是极光发出的电磁波与地面或空气中的物质相互作用的结果；二是极光激发了大气中的电晕放电，电晕放电指由于电场强度过大，导致空气等不导电的介质被击穿，而形成的放电现象，伴有蓝色辉光和咝咝声；三是极光改变了大气中温度和压力的分布，导致空气流动和震动；四是极光引起了人类或动物的心理或生理反应，导致听觉错觉或幻听。

与地磁暴有关系

太阳黑子指太阳光球表面有时出现的一些暗的区域，是太阳表面可以看到的最突出的现象。黑子活动区是太阳光球表面磁场最强、能量最密集的地方，地球上天气或气候反常，均与太阳黑子活动有密切关系。

在太阳黑子强大的磁场驱动下，大量日冕物质被高速抛离太阳表面，形成类似爆炸的冲击波，冲击波快速传递到太阳系的各处。日冕物质不但具有由巨大质量和速度汇聚成的动能，而且携带着强大的磁场能，一旦命中地球，就会引发地球磁场方向与大小的变化，即地磁暴。

地磁暴会影响无线电波的传播，干扰地面通信和卫星信号，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。与此同时，它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，甚至可能导致变压器或其他电网设施损坏，引起电力中断。地磁暴产生的高能粒子还会对在轨卫星造成损害，影响它们的正常运作，导致数據丢失或卫星功能故障。磁暴期间的辐射增加可能对宇航员产生安全问题，通常需要采取额外的防护措施。

另一方面，飞行在高纬度地区的飞机可能会因为地磁暴而受到更高水平的辐射，航空公司有时要改变航线以减少乘客和机组人员的辐射暴露。

由于持续时间不长，地磁暴对人体的影响很小，可以忽略不计，但也有理论认为，强烈的地磁暴可能会影响动物的迁徙和导航能力。

当然啦，地磁暴带来的不全是坏事，比如极光的发生。

中国气象局国家空间天气监测预警中心持续监测相关太阳活动，并根据太阳黑子数变化情况来判断太阳活动的势头。目前正处在太阳第25活动周的上升期，并且正在往极大值时期发展，2024年仍然是太阳活动的高年。这就意味着在这个冬天里，我国北方还有看到极光的可能。

冬天，你会去北方看北极光吗？