去過北歐國家旅行的人，如果運氣足夠好的話，可以看到壯麗的極光。那一條條綠色紅色紫色的光帶像巨大的窗簾從高空垂下、在夜空中舞動，令人仿佛置身于魔幻般的世界。

美麗的極光

極光是如此美麗，令人目眩神迷。但極光并不是每天都有，許多人在挪威、瑞典、芬蘭呆了十幾天都見不到極光，而有些人一去就看到了，這到底是為什麼呢？

美麗的極光

極光是一種天文物理現象，判斷極光出現的時間和地點，我們首先要了解科學，了解太陽。太陽是地球上光的源頭，也是極光産生的主要因素之一。

美麗的極光

古人并不了解極光産生的科學原理，他們認為夜空中律動的光帶是離世的朋友在空中舞蹈的靈魂，當光帶越發明亮，就意味着死者的靈魂很高興。

靈魂的舞蹈

實際上，極光産生的源頭距離地球有1.5億公裡，那裡是太陽。

在宇宙中，太陽算是顆比較安靜的恒星。當然恒星的的平靜是相對的，由于内部劇烈核聚變産生不穩定的對流，太陽有時候會發生耀斑爆發和日冕物質噴發。

我們将太陽噴射出來的物質稱作太陽風。太陽風中攜帶着電離狀态的質子、自由電子和α粒子。你知道太陽最主要的成分就是氫和氦，質子其實就是氫的原子核，而α粒子則是氦的原子核。這兩種原子在太陽表面幾百萬攝氏度的高溫下被電離，以750公裡/秒的速度被吹向太空，橫掃整個太陽系。

太陽耀斑和日冕物質噴發

太陽風是超音速的，它通常在幾天之後到達地球，所以我們在地球上可以對它進行預報。這不僅為我們在航天器、地面電網系統等設備的保護争取了時間，也可以為你去北極欣賞極光提供參考。

太陽風具有強大的破壞力，它扒光了月球的大氣，也使火星變成一顆空氣稀薄的荒涼星球。當太陽風到達地球時，它攜帶的能量常常需要以太瓦時計算，我們之所以幾十億年來安然無恙，全依賴地球磁場和大氣層的保護。

太陽風吹襲地球磁場

如果你問一個地球物理學家：“極光是怎麼産生的？”他一定會告訴你，極光是因為地磁風暴而表現出的一種大氣現象。

當太陽風吹襲地球時，它首先會遇到地球磁場的頑強抵抗。因為太陽風是帶電粒子流，它會被磁場偏轉，所以我們地球的磁場可以阻擋絕大部分的破壞性高能粒子。

在大多數時間裡，地球的自轉軸都傾斜着面對太陽，地球的磁極與地理南北極方向相反，總體上在地理南北極圈的範圍之内。太陽風壓迫地球磁場，會在地球向陽的一側形成弓形激波，而在背光的一面形成長長的磁尾。

地球磁場百密一疏

地球磁場的保護并不總是密不透風，在南北極圈附近，有一圈被稱為“磁尖”的區域，那些高能太陽風粒子會在太陽磁場的作用下順着地球磁力線的方向從磁尖縫隙射向地球，直達地球大氣的電離層。

太陽高能粒子從磁尖區進入大氣層

你可能聽說，地球大氣層的厚度是100公裡。實際上這個高度隻是因為空氣比較稠密而被稱為“卡門線”，在這條線往上直到1000公裡的高空都存在稀薄的空氣，這裡是地球極為重要的電離層。

電離層是由于強烈的太陽紫外線、X射線和較短波長的射線照射，輻射能電離了大氣層上部的空氣分子，剝離原子最外邊的電子而形成的離子層。白天電離層較厚，夜晚因為太陽輻射能較低，空氣相對稠密地帶的自由電子更易被正離子捕獲重組，F1區消失，隻剩下F2區，所以夜晚的電離層要薄一些。

電離層分區的晝夜變化

電離層位于地球磁場的下方，當太陽風的高能粒子沖破磁場的護盾，就會順着“磁尖”到達地球南北極大氣的電離層。

在電離層的F區，有大量分子離子O₂ ⁺、NO⁺和原子離子O⁺，當強烈的地磁風暴襲擊這個區域時會破壞它，甚至使F區完全消失。

太陽耀斑和高能粒子噴射産生大量質子，這些攜帶着強大能量的質子以極快的速度到達地球、擠壓地球磁場，其中一部分順着磁尖到達南北極附近的大氣電離層。質子在進入大氣層之後會與電離層中的氣體離子發生碰撞，從而發出光來。

極光的顔色與空氣分子有關

正常情況下，電離層的空氣離子并不會釋放光子，除非它們捕獲自由電子額外獲得能量。而當太陽風的高能粒子撞擊這些空氣離子，會使它立刻躍遷到更高的能級，離子在從高能級回落的過程中會釋放出光子。

我們看到顔色的不同主要取決于光子的頻率，在可見光的範圍裡，光子的頻率越高、波長越短，它的顔色就更偏向紫色、藍色和綠色；同樣地，光子的頻率越低、波長越長，它看起來就顯示出橙紅色。

不同波長的光子有不同的顔色

當太陽風的質子撞擊氮原子時，它會釋放出藍色的光子；氮氣分子會釋放紫色光子；而當這些高能粒子繼續向下，撞擊到氧氣時，就會發出綠色和黃色的光來。

極光的顔色與海拔高度也有關系，一般來說紅色光會出現在250公裡以上的高空，綠光通常在100~250公裡之間的區域，藍色和紫色光會出現在100公裡左右的地方。

極光顔色與海拔高度也有關系

因為地球磁場分布的緣故，在低緯度地區，地磁線會在太陽風的作用下産生弓形激波。它像一面無形的盾一樣保護住地球，太陽粒子無法穿透這面盾牌，因此不能激發空氣分子産生光子。

地磁場這面盾并不完美，準确地說它像一個漏鬥，太陽的高能粒子沿着磁尖到達兩極，進而産生極光。

從太空看極光

極光的産生還取決于太陽風的強度，你隻有在太陽耀斑爆發之後才有機會看到絢麗的光芒，如果磁爆足夠強烈，我們甚至可以在中國的東北地區看到極光現象。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!