極光是怎么形成的
極光一般呈帶狀、幕狀、弧狀、放射狀，這些形狀有時(shí)穩(wěn)定有時(shí)作連續(xù)性變化。不過(guò)極光是怎么形成的呢?接下來(lái)學(xué)習(xí)啦小編就帶你們?nèi)タ匆幌隆?/p>
極光是怎么形成的?
長(zhǎng)期以來(lái)，極光的成因機(jī)理未能得到滿意的解釋。在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們一直認(rèn)為極光可能是由以下三種原因形成的。一種看法認(rèn)為極光是地球外面燃起的大火，因?yàn)楸睒O區(qū)臨近地球的邊緣，所以能看到這種大火。另一種看法認(rèn)為，極光是紅日西沉以后，透射反照出來(lái)的輝光。還有一種看法認(rèn)為，極地冰雪豐富，它們?cè)诎滋煳贞?yáng)光，貯存起來(lái)，到夜晚釋放出來(lái)，便成了極光?？傊?，眾說(shuō)紛紜，無(wú)一定論。直到20世紀(jì)60年代，將地面觀測(cè)結(jié)果與衛(wèi)星和火箭探測(cè)到的資料結(jié)合起來(lái)研究，才逐步形成了極光的物理性描述。
現(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，極光一方面與地球高空大氣和地磁場(chǎng)的大規(guī)模相互作用有關(guān)，另一方面又與太陽(yáng)噴發(fā)出來(lái)的高速帶電粒子流有關(guān)，這種粒子流通常稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)。由此可見(jiàn)，形成極光必不可少的條件是大氣、磁場(chǎng)和太陽(yáng)風(fēng)，缺一不可。具備這三個(gè)條件的太陽(yáng)系其他行星，如木星和水星，它們的周?chē)?，也?huì)產(chǎn)生極光，這已被實(shí)際觀察的事實(shí)所證明。
地磁場(chǎng)分布在地球周?chē)惶?yáng)風(fēng)包裹著，形成一個(gè)棒槌狀的膠體，它的科學(xué)名稱(chēng)叫做磁層。為了更形象化，我們打這樣一個(gè)比方。可以把磁層看成一個(gè)巨大無(wú)比的電視機(jī)顯像管，它將進(jìn)入高空大氣的太陽(yáng)風(fēng)粒子流匯聚成束，聚焦到地磁的極區(qū)，極區(qū)大氣就是顯像管的熒光屏，極光則是電視屏幕上移動(dòng)的圖像。但是，這里的電視屏幕卻不是 18英寸或 24英寸，而是直徑為4000公里的極區(qū)高空大氣。通常，地面上的觀眾，在某個(gè)地方只能見(jiàn)到畫(huà)面的l/50。在電視顯像管中，電子束擊中電視屏幕，因?yàn)槠辽贤坑邪l(fā)光物質(zhì)，會(huì)發(fā)射出光，顯示成圖像。同樣，來(lái)自空間的電子束，打入極區(qū)高空大氣層時(shí)，會(huì)激發(fā)大氣中的分子和原子，導(dǎo)致發(fā)光，人們便見(jiàn)到了極光的圖像顯示。在電視顯像管中，是一對(duì)電極和一個(gè)電磁鐵作用于電子束，產(chǎn)生并形成一種活動(dòng)的圖像。在極光發(fā)生時(shí)，極光的顯示和運(yùn)動(dòng)則是由于粒子束受到磁層中電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化的調(diào)制造成的。
極光不僅是個(gè)光學(xué)現(xiàn)象，而且是個(gè)無(wú)線電現(xiàn)象，可以用雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)研究，它還會(huì)輻射出某些無(wú)線電波。有人還說(shuō)，極光能發(fā)出各種各樣的聲音。極光不僅是科學(xué)研究的重要課題，它還直接影響到無(wú)線電通信，長(zhǎng)電纜通信，以及長(zhǎng)的管道和電力傳送線等許多實(shí)用工程項(xiàng)目。極光還可以影響到氣候，影響生物學(xué)過(guò)程。當(dāng)然，極光也還有許許多多沒(méi)有解開(kāi)的謎。
極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。如果我們乘著宇宙飛船，越過(guò)地球的南北極上空，從遙遠(yuǎn)的太空向地球望去，會(huì)見(jiàn)到圍繞地球磁極存在一個(gè)閃閃發(fā)亮的光環(huán)，這個(gè)環(huán)就叫做極光卵。由于它們向太陽(yáng)的一邊有點(diǎn)被壓扁，而背太陽(yáng)的一邊卻稍稍被拉伸，因而呈現(xiàn)出卵一樣的形狀。極光卵處在連續(xù)不斷的變化之中，時(shí)明時(shí)暗，時(shí)而向赤道方向伸展，時(shí)而又向極點(diǎn)方向收縮。處在午夜部分的光環(huán)顯得最寬最明亮。
長(zhǎng)期觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，極光最經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北磁緯度67度附近的兩個(gè)環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，分別稱(chēng)作南極光區(qū)和北極光區(qū)。在極光區(qū)內(nèi)差不多每天都會(huì)發(fā)生極光活動(dòng)。在極光卵所包圍的內(nèi)部區(qū)域，通常叫做極蓋區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，極光出現(xiàn)的機(jī)會(huì)反而要比緯度較低的極光區(qū)來(lái)得少。在中低緯地區(qū)，尤其是近赤道區(qū)域，很少出現(xiàn)極光，但并不是說(shuō)壓根兒觀測(cè)不到極光。1958年2月10日夜間的一次特大極光，在熱帶都能見(jiàn)到，而且顯示出鮮艷的紅色。這類(lèi)極光往往與特大的太陽(yáng)耀斑暴發(fā)和強(qiáng)烈的地磁暴有關(guān)。
極光的觀測(cè)地點(diǎn)：
大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90～130千米處。美國(guó)匹茲堡磁緯高，就比在北京看到極光的機(jī)會(huì)大多了。2004年11月7日晚，較強(qiáng)極光出現(xiàn)在匹茲堡。 肉眼能看出綠色，紅色。2003年11月20日傍晚，極光出現(xiàn)在匹茲堡南方地平線，一小時(shí)后消退。半夜時(shí)又出現(xiàn)在北方低空。2003年10月30日出在匹茲堡的極光，雖然是在光污染嚴(yán)重的市內(nèi)，但仍能看到紅色的光芒。但有些極光要高得多。1959年，一次北極光 所測(cè)得的高度是160千米，寬度超過(guò)4800千米。在地平線上的城市燈光和高層建筑可能會(huì)妨礙我們看光，所以最佳的極光景象要在鄉(xiāng)間空曠地區(qū)才能觀察得到。在加拿大的丘吉爾城，一年在有300個(gè)夜晚能見(jiàn)到極光;而在羅里達(dá)州，一年平均只能見(jiàn)到4次左右。我國(guó)最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。18世紀(jì)中葉，瑞典一家地球物理觀象臺(tái)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該臺(tái)觀測(cè)到極光的時(shí)候，地面上的羅盤(pán)的指針會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的方向變化，變化范圍有1度之多。
與此同時(shí)，倫敦的地磁臺(tái)也記錄到類(lèi)似的這種現(xiàn)象。由此他們認(rèn)為，極光的出現(xiàn)與地磁場(chǎng)的變化有關(guān)。原來(lái)，極光是太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。太陽(yáng)風(fēng)是太陽(yáng)噴射出的帶電粒子，當(dāng)它吹到地球上空，會(huì)受到地球磁場(chǎng)的作用。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊后所發(fā)出的光的前面色不一樣。例如氧被激后發(fā)出綠光和紅光，氮被激后發(fā)出紫色的光，氬激后發(fā)出藍(lán)色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無(wú)窮。
科學(xué)家已經(jīng)了解到，地球磁場(chǎng)并不是對(duì)稱(chēng)的。在太陽(yáng)風(fēng)的吹動(dòng)下，它已經(jīng)變成某種"流線型"。就是說(shuō)朝向太陽(yáng)一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長(zhǎng)長(zhǎng)的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長(zhǎng)度至少有1,000個(gè)地球半徑長(zhǎng)。由于與日地空間行星際磁場(chǎng)的偶合作用，變形的地球磁場(chǎng)的兩極外各形成一個(gè)狹窄的、磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱的極尖區(qū)。因?yàn)榈入x子體具"凍結(jié)"磁力線特性，所以，太陽(yáng)風(fēng)粒子不能穿越地球磁場(chǎng)，而只能通過(guò)極尖區(qū)進(jìn)入地球磁尾。當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)發(fā)生劇烈變化時(shí)(如耀斑爆發(fā))，常引起地球磁層亞暴。于是這些帶電粒子被加速，并沿磁力線運(yùn)動(dòng)。從極區(qū)向地球注入，這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使后者被激發(fā)--退激而發(fā)光。不同的分子，原子發(fā)生不同顏色的光，這些單色光混合在一起，就形成多姿多彩的極光。事實(shí)上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強(qiáng)度也取決于沉降粒子的能量和數(shù)量。用一個(gè)形象比喻，可以說(shuō)極光活動(dòng)就像磁層活動(dòng)的實(shí)況電視畫(huà)面。沉降粒子為電視機(jī)的電子束，地球大氣為電視屏幕。地球磁場(chǎng)為電子束導(dǎo)向磁場(chǎng)?？茖W(xué)家從這個(gè)天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動(dòng)的大量信息。極光的形成與太陽(yáng)活動(dòng)息息相關(guān)。逢到太陽(yáng)活動(dòng)極大年，可以看到比平常年更為壯觀的極光景象。在許多以往看不到極光的緯度較低的地區(qū)，也能有幸看到極光。2000年4月6日晚，在歐洲和美洲大陸的北部，出現(xiàn)了極光景象。在地球北半球一般看不到極光的地區(qū)，甚至在美國(guó)南部的佛羅里達(dá)州和德國(guó)的中部及南部廣大地區(qū)也出現(xiàn)了極光。
當(dāng)夜，紅、藍(lán)、綠相間的光線布滿夜空中，場(chǎng)面極為壯觀。雖然這是一件難得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出現(xiàn)了絢麗的色彩，在許多地區(qū)還造成了恐慌。據(jù)德國(guó)波鴻天文觀象臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)卡明斯基說(shuō)，當(dāng)夜德國(guó)萊茵地區(qū)以北的警察局和天文觀象臺(tái)的電話不斷，有的人甚至懷疑又發(fā)生毒氣泄漏事件。這次極光現(xiàn)象被遠(yuǎn)在160公里高空的觀測(cè)太陽(yáng)的宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出了預(yù)告。在北京時(shí)間4月7日凌晨零時(shí)三十分，宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)一股攜帶著強(qiáng)大帶電粒子的太陽(yáng)風(fēng)從它旁邊掠過(guò)，而且該太陽(yáng)風(fēng)突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時(shí)后，這股太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見(jiàn)的造化神工。
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