极光

根据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。

大多数极光出现在地球上空90---130千米处。1959年，一次北极光所测得的高度是160千米，宽度超过4800千米。但有些极光要高得多，高度可达560---1000千米以上。

由于地磁场的作用，

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 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。

按照极光的形态分类，可分为匀光弧极光、射线式光柱极光、射线式光弧光带极光、帘幕状极光、极光冕等。

按照极光观测的电磁波波段，可分为光学极光、无线电极光等。

按激光激发粒子类型，可分为电子极光、质子极光等。

按照极光发生区域，可分为极盖极光、极光带极光 、中纬极光红弧等

极光出现于星球的高磁纬地区上空，是一种绚丽多彩的发光现象。而地球的极光，来自地球磁层和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。极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一不可。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。[1] 

极光一般只在南北两极的高纬度地区出现，但是2010年8月1日的太阳风暴恰好面向地球爆发，携带大量带电粒子的太阳风准确无误地“击中”地球，与地球磁场相互作用产生“磁暴”，使美国密西密歇根州、丹麦和英国等纬度稍低的地区都能够看到美丽的北极光景观。专家称，这一次的太阳风暴并没有像事先推测的那样破坏全球的卫星和电信系统，却给地球带来一场壮丽的“焰火盛会”。[2] 

许多世纪以来，这一直是人们猜测和

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 探索的天象之谜。从前，爱斯基摩人以为那是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。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——北极曙光（在南极所见到的同样的光称为南极光）。

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，因而属于等离子态。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，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。在南极地区形成的叫南极光，在北极地区形成的叫北极光。

在过去，有些理论被用来解释这种现象，但都已经过时了：

1.本杰明·佛兰克林（Benjamin Franklin）的理论：神奇的北极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和其他的湿气作用造成的；

2.极光的电子来自太阳发射的光束。这是克利斯蒂安柏克兰在1900年提出的说法，她在实验室用真空室和磁化的地球模型，显示电子是如何被引导至极区。这个模型的问题包括本身缺乏在极区的极光、负电荷本身自行散射这些光束、而且仍然缺乏任何太空中的观测证据；

3.破水桶理论：极光是溢流出的辐射带，这是詹姆斯·范艾伦和工作伙伴大约在1962年首先提出的。他们指出在辐射带内获得的巨大能量很快就会在极光的漫射中耗尽。不久之后，很明显地，陷在辐射带内的都是高能的带正电离子，而在极光内几乎都是能量较低的电子；

4. 极光是太阳风中的粒子被地球的场线引导至大气层顶端造成的。这适用于极光的尖点，但在尖点之外，太阳风没有直接的作用。另一方面，太阳风的能量主要都留驻在带正电的离子，电子只有0.5eV，而在尖点上会上升至50～100eV，这仍然远低于极光的能量。

1890年，挪威物理学家柏克兰认为，离地球1.5亿千米的 太阳几乎连续不断地向地球放射物质点。而离地球5万千米至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，它便向地球四周扩散，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伏特的电力。它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇，原子吸收了太阳质点所含的一部分能量时，立即又将这能量释放出来而产生极强的光，氧发出绿色和红色的光，氮则发出紫、蓝和一些深红色的光。这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象。

许多科学家正在对极光作深入的研究。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。

极光虽然美丽，但是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。这种能量常常搅乱无线电和雷达的信号。极光所产生的强力电流，也可以集结在长途电话线或影响微波的传播，使电路中的电流局部或完全“损失”，甚至使电力传输线受到严重干扰，从而使某些地区暂时失去电力供应。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。

根据美国国家航空航天局“瑟宓斯卫星任务”（2007/12）（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原子被电子碰撞，分别发出红色和绿色光。瑟密斯卫星任务的5个人造卫星群于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。而让安吉罗波洛斯惊讶的是，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。

科学家早就怀疑，北极光的能源来自带电粒子与北极磁场接触产生的扭曲磁场，但这个理论一直到2010年5月才获得证实。当时瑟密斯任务的卫星群从地球上空6万多公里首度测到扭曲磁场的结构。

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（Field line）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。经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内，阿拉斯加的费尔班（Fairbanks）一年之中有超过200天的极光现象，因此被称为“北极光首都”。所以极光只能在地球的南北极被看见。

地球磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球内部，进而驱动了地磁场的形成。在这磁层磁 力线闭合环路上除了有地球内部的导电体之外，另外还有大气层的电离层-这一弱导电体。当太阳风强烈时，磁力线能量遇到地球内部的磁感抗，有许多能量消耗不掉，于是就在电离层处形成了极光。