北极光多种多样,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。任何一只彩笔都很难绘出在严寒的
北极天空中嬉戏无常、变幻莫测的炫目之光。那么,北极光是怎么产生的呢?许多世纪以来,这一直是人们猜测和探索的天象之谜。
从前,
芬兰的萨米人以为一只狐狸在白雪覆盖的山坡上奔跑时,尾巴扫起晶莹闪烁的雪花一路伸展到天空中的“狐狸之火”,
日本人的古老传说是在看到北极光的当晚坐胎生下来的孩子,一生都会顺遂。爱斯基摩人以为那是“神灵引导死者灵魂上天堂的火炬”。而阿拉斯加的原住民则视“极光为神灵现身,深信快速移动的北极光会发出神灵在空中踏雪漫步的声音。”13世纪时,人们则认为那是格陵兰冰原反射的光。到了17世纪,人们才称它为北极光,意思是北极的曙光。这天象之谜,直到人类将卫星火箭送上太空之后,才有了物理性、合理的解释。
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。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"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。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。
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,受到太阳风暴的控制,由于太阳释放的带电粒子冲击地球高层大气分子产生的发光现象,这些粒子被地球磁场偏转,集中到了地球的两极上空,受到太阳风的轰击后会发出光芒,形成这种壮丽动人的景象就叫做极光。一般来说,极光发生的高度约为145公里。而在北
极地区高层大气中出现的极光就称为北极光,反之,在
南极地区高层大气中出现的极光则称为
南极光。极光一般遵循持续11年的“太阳活动周期”,在这个周期内,极光出现频率先是达到一个峰值,接着逐渐减少,直至最低谷。这是一个不断循环往复的过程。
极光不但美丽,而且在地球大气层中投下的能量,可以与全世界各国发电厂所产生电容量的总和相比。怎样利用极光所产生的能量为人类造福,是当今科学界的一项重要使命。
1619年,
意大利科学家伽利略以古
罗马神话里的曙光女神奥罗拉Aurora之名创造出了极光一词,一直使用至今。
根据
美国国家航空航天局在2007年12月“瑟宓斯卫星任务”Themis Mission传回的新数据,科学家发现太阳释放的带电粒子像一道气流飞向地球,碰到北极上空磁场时又形成若干扭曲的磁场,带电粒子的能量在瞬间释放,以灿烂眩目的北极光形式呈现,而地球的极光主要只有红、绿二色是因为在热成层的氮气和氧气原子被电子破撞,分别发出红色和绿色光。这项研究是由
美国加州大学
洛杉矶分校的安吉罗波洛斯主持,其研究结果已于2007年12月9日在“美国地球物理联合会”的学术会议中发表。“瑟宓斯卫星任务”的5个人造卫星群2007年2月成功发射升空,3月在阿拉斯加和
加拿大上空侦测到北极光出现的两小时,同一时间卫星也侦测到带电粒子流接触到北极磁场。而让科学家们惊讶的是,带电粒子和磁场接触形成的地磁风暴以每分钟650公里的速度掠过空中,威力相当于芮氏规模5.5级的地震。
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。科学家们长期观测统计结果表明,极光最经常出现的地方是在南北磁纬度67度附近的两个环带状区域内,分别称作南极光区和北极光区。北半球以阿拉斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰
冰岛南端与
挪威北海岸为主,而南半球则集中在南极洲附近。在极光区内差不多每天都会发生极光活动。大多数极光出现在地球上空90-130公里处。但有些极光要高得多。1959年,一次北极光所测得的高度是160公里,宽度超过4800公里。极光是一种大自然天文奇观,没有固定的形态,颜色也不尽相同,主要以绿、白、黄、蓝居多,偶尔也会呈现艳丽的红紫色,曼妙多姿又神秘难测。2012年根据科学家们的不完全的统计,能分辨清楚的极光色调已达160余种。
值得一提的是,北极附近的阿拉斯加是观赏北极光的最佳地点,位于阿拉斯加中心的费尔班克斯Fairbanks是全球观赏北极光的最佳胜地,更赢得“北极光首都”的美称,一年之中有超过246天的清晰夜空可以观看到北极光景象,由于仅距离北极圈310公里,因此北极光的追寻者们都会聚集在这北极光最常出现的地方。靠着山脉的屏障,费尔班克斯可以避免恶劣的天气,机率之高在北半球名列前茅。
北极光只发生在高纬度的地区的夜晚,而最佳的观测时间是从晚上22点到凌晨2点,在阿拉斯加的第一大城市安克雷奇则在2013年10月25日,北极光从晚上23点一直持续到早上4点,而被誉为“北极光首都”的费尔班克斯,在2013年3月15日这晚,北极光从晚上22点开始一直持续到清晨5点钟,人们肉眼能看到的北极光持续时间之长,堪称世界之最。