极光怎么产生的?在哪里什么时候有?

极光怎么产生的?在哪里什么时候有?

极光在地球南北两极附近地区的高空,夜间常会出现灿烂美丽的光辉.它轻盈地飘荡,同时忽暗忽明,发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒.这种壮丽动人的景象就叫做极光. 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北极空气中嬉戏无常、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,有时像一团火焰,有时像一张五光十色的巨大银幕；有的色彩纷纭,变幻无穷；有的仅呈银白色,犹如棉絮、白云,凝固不变；有的异常光亮、掩去星月的光辉；有的又十分清淡,恍若一束青丝；有的结构单一,状如一弯弧光,呈现淡绿、微红的色调；有的犹如彩绸或缎带抛向天空,上下飞舞、翻动；有的软如纱巾,随风飘动,呈现出紫色、深红的色彩；有时极光出现在地平线上,犹如晨光曙色；有时极光如山茶吐艳,一片火红；有时极光密聚一起,犹如窗帘幔帐；有时它又射出许多光束,宛如孔雀开屏,蝶翼飞舞极光（Polar aurora）出现于地球的高磁纬地区上空.是一种绚丽多彩的发光现象.由来自地球磁层或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.另外,在太阳黑子多的时候,极光出现的频率也大.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.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.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.也有科学家发现火星、木星上的极光.现在人们认识到,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.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.人们知道极光至少己有2000年了,因此极光一直是许多神话的主题.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,极光是神灵为最近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.现在所知,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. 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.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.在加拿大的丘吉尔城,一年在有300个夜晚能见到极光；而在罗里达州,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.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.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.例如氧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. 极光科学家已经了解到,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.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,地球磁场与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.