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为什么极地上空会有美丽的极光

2022-08-05 11:37:08

为什么极地上空会有美丽的极光

在高纬度地区的上空,常常会出现一种绚丽多彩的光芒,大片彩光往往像巨大的窗帘一样在天幕摆动,有时则是光带或光斑,这种自然景象就是极光。

古时候,人们发挥无穷的想象力,来叙述这奇妙的大自然景色,于是有了许多亘古相传的神秘传说。极光的名称“欧若拉”(Aurora) 是法国科学家伽桑狄在反复考虑下提出的,是古罗马神话里的曙光女神,代表旭日东升前的黎明。过去有人认为极光是地球外缘燃烧的大火;有人认为它是夕阳西沉后,天际映射出来的光芒;还有人认为,它是极圈的冰雪在白天吸收储存阳光之后,夜晚释放出来的一种能量。

这个天象之谜,直到人类将卫星送上太空之后,才有了合理的解释。在20 世纪,人们利用照相机、摄影机及卫星,清楚地看到并了解到太阳风与地球磁场碰撞产生的放电现象:一束束电子,在离地球100 千米的高空,释放出100 万兆瓦的光芒。

极光的形成有三大要素:太阳风、地球磁场、大气。太阳风是燃烧的太阳向宇宙空间散发的电子与质子。1890 年,挪威物理学家柏克兰提出,离地球1.5 亿千米的太阳几乎连续不断地向地球放射质点。而离地球5 万~ 6.5 万千米以外有一层磁场将地球罩住,当太阳的质点直射这层磁场而被挡住时,便向地球四周扩散,寻找钻入的空隙,结果约有1%的质点钻入北磁极附近的大气层。

每颗太阳质点含有等于1000 伏的电。它们在100 千米外的高空大气层中与原子和分子(多半由氧和氮构成)相遇,原子吸收了太阳质点所含的一部分能量后,立即又将这能量释放出来而产生极强的光,其中氧发出绿色和红色的光,氮则发出紫、蓝和一些深红色的光。

从根本上来说,来自太阳或地球磁层的高能带电粒子在地球高纬度地区遭遇大气层中的原子和分子,后者受到激发而电离发光。极光的颜色和强度取决于带电粒子流的能量和数量,这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象。

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