极光 - 来自天空的礼物

1. 极光-来自天空的礼物 11-9 曹伟 魏丹娃 黄涛 王杰夫

2. PART 1 极光-来自天空的礼物

3. 01 极地的礼物 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。太阳风是太阳射出的带电粒子，当它吹到地球上空时，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的这个“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，从而形成极光。在北半球出现的叫北极光，南半球出现的叫南极光。

4. 02 绚烂的色彩 极光绚丽多彩，美妙绝伦。这是由于在高层大气中含有不同元素的气体，它们受轰击后所发出的光颜色不同。例如，氧元素被激后发出的是绿光和红光，氮元素被激后发出的是紫光，而氩元素被激发后则发蓝光；所以，人们才能看到红、蓝、绿、紫相间的光线布满天空。美丽的极光还呈现出变幻无穷的形状。有帷幕状、弧状、带状和射线状等多种形状。

5. 03 太阳的孩子 极光的形成与太阳活动息息相关。每逢太阳活动极大年、太阳活动发生剧烈变化如耀斑爆发时，人们就可以看到比平常年更为壮观的极光景象。就连许多以往看不到极光的纬度较低的地区也会出现极光。现在，阿拉斯加大学的研究人员发现，太阳黑子和耀斑都有提前增多的迹象。他们认为，在今后的几个月里，太阳这种不同寻常的旺盛活动，不但会使美国的阿拉斯加州和其他北部地区，看到比以往更壮观、出现更频繁的北极光；而且，居住在赤道附近的人们也有望一睹北极光的造化神工。

6. PART 2 极光形成的原理

7. 01.极光的形成 极光的形成，与都市中霓虹灯管的发光原理一样。，是在灯管两极加强电压来加速电子。再借着高能电子撞击灯管中低密度的气体粒子，使该气体发光。类似地，高层大气的密度甚低，来自太阳或地球磁层的带电粒子，撞击大气的气体原子或分子，使该气体原子或分子暂时处于一种高能阶态。由于这种激发态是一种「有一定生命期的『准稳定态』」，若气体够稀薄，在该准稳定态的生命期尚未结束前，该气体粒子都未与另一个气体粒子相碰撞，则该气体粒子就会自发性的由目前的准稳定态跳到下一个较低能阶的准稳定态或基础稳定态，并且放出一定波长的光，这就是极光。

8. 02.极光的分布 地球磁场分布在地球周围，受太阳风的吹拂而被包裹着，形成一个棒槌状的腔体，它的科学名称叫做磁层。为了更具体一点起见，我们可以把磁层看成是一个巨大无比的电视映像管，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，极区大气就是映像管的荧光幕，极光就是电视屏幕上移动的图像。 但是，这里的电视屏幕却不是20吋或是29 吋，而是直径为40000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五十分之一。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与原子，导致发光，人们便见到了极光的图像显示。在极光发生时，极光的显示和运动是由于粒子束受到磁层中电场和磁场变化的作用所造成的。

9. 03.极光的活动 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。

10. PART 3 极光的范围

11. 01.极光的纬度范围 极光是来自太阳活动区的带电高能粒子 [可达1万电子伏] 流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。由于地磁场的作用，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。极光一般呈带状、弧状、幕状、放射状，这些形状有时稳定有时作连续性变化。

12. 02. 极光的高度范围 极光下边界的高度，离地面不到100公里，极大发光处的高度约110公里左右，正常的最高边界为300公里左右，在极端情况下可达1000公里以上。 根据近年来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，而是更像卵形。极光的光谱线范围约为3100—6700埃，其中最重要的谱线是5577埃的氧原子绿线，称为极光绿线。

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