极光是如何形成的及原理

  极光是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。形成极光的因素有很多，下⾯

就让店铺来给你科普⼀下极光是如何形成的。

  极光形成的原因

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。

  极光产⽣的原理

  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。

  极光的形态

  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。

  极光的基本分类

  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。