極光是怎么形成的
極光一般呈帶狀、幕狀、弧狀、放射狀，這些形狀有時穩(wěn)定有時作連續(xù)性變化。不過極光是怎么形成的呢?接下來學習啦小編就帶你們?nèi)タ匆幌隆?/p>
極光是怎么形成的?
長期以來，極光的成因機理未能得到滿意的解釋。在相當長一段時間內(nèi)，人們一直認為極光可能是由以下三種原因形成的。一種看法認為極光是地球外面燃起的大火，因為北極區(qū)臨近地球的邊緣，所以能看到這種大火。另一種看法認為，極光是紅日西沉以后，透射反照出來的輝光。還有一種看法認為，極地冰雪豐富，它們在白天吸收陽光，貯存起來，到夜晚釋放出來，便成了極光?？傊?，眾說紛紜，無一定論。直到20世紀60年代，將地面觀測結(jié)果與衛(wèi)星和火箭探測到的資料結(jié)合起來研究，才逐步形成了極光的物理性描述。
現(xiàn)在人們認識到，極光一方面與地球高空大氣和地磁場的大規(guī)模相互作用有關(guān)，另一方面又與太陽噴發(fā)出來的高速帶電粒子流有關(guān)，這種粒子流通常稱為太陽風。由此可見，形成極光必不可少的條件是大氣、磁場和太陽風，缺一不可。具備這三個條件的太陽系其他行星，如木星和水星，它們的周圍，也會產(chǎn)生極光，這已被實際觀察的事實所證明。
地磁場分布在地球周圍，被太陽風包裹著，形成一個棒槌狀的膠體，它的科學名稱叫做磁層。為了更形象化，我們打這樣一個比方?？梢园汛艑涌闯梢粋€巨大無比的電視機顯像管，它將進入高空大氣的太陽風粒子流匯聚成束，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，在某個地方只能見到畫面的l/50。在電視顯像管中，電子束擊中電視屏幕，因為屏上涂有發(fā)光物質(zhì)，會發(fā)射出光，顯示成圖像。同樣，來自空間的電子束，打入極區(qū)高空大氣層時，會激發(fā)大氣中的分子和原子，導致發(fā)光，人們便見到了極光的圖像顯示。在電視顯像管中，是一對電極和一個電磁鐵作用于電子束，產(chǎn)生并形成一種活動的圖像。在極光發(fā)生時，極光的顯示和運動則是由于粒子束受到磁層中電場和磁場變化的調(diào)制造成的。
極光不僅是個光學現(xiàn)象，而且是個無線電現(xiàn)象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無線電波。有人還說，極光能發(fā)出各種各樣的聲音。極光不僅是科學研究的重要課題，它還直接影響到無線電通信，長電纜通信，以及長的管道和電力傳送線等許多實用工程項目。極光還可以影響到氣候，影響生物學過程。當然，極光也還有許許多多沒有解開的謎。
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，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空向地球望去，會見到圍繞地球磁極存在一個閃閃發(fā)亮的光環(huán)，這個環(huán)就叫做極光卵。由于它們向太陽的一邊有點被壓扁，而背太陽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，時明時暗，時而向赤道方向伸展，時而又向極點方向收縮。處在午夜部分的光環(huán)顯得最寬最明亮。
長期觀測統(tǒng)計結(jié)果表明，極光最經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北磁緯度67度附近的兩個環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，分別稱作南極光區(qū)和北極光區(qū)。在極光區(qū)內(nèi)差不多每天都會發(fā)生極光活動。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)的機會反而要比緯度較低的極光區(qū)來得少。在中低緯地區(qū)，尤其是近赤道區(qū)域，很少出現(xiàn)極光，但并不是說壓根兒觀測不到極光。1958年2月10日夜間的一次特大極光，在熱帶都能見到，而且顯示出鮮艷的紅色。這類極光往往與特大的太陽耀斑暴發(fā)和強烈的地磁暴有關(guān)。
極光的觀測地點：
大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90～130千米處。美國匹茲堡磁緯高，就比在北京看到極光的機會大多了。2004年11月7日晚，較強極光出現(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，一小時后消退。半夜時又出現(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 所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。在地平線上的城市燈光和高層建筑可能會妨礙我們看光，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個夜晚能見到極光;而在羅里達州，一年平均只能見到4次左右。我國最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。18世紀中葉，瑞典一家地球物理觀象臺的科學家發(fā)現(xiàn)，當該臺觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現(xiàn)不規(guī)則的方向變化，變化范圍有1度之多。
與此同時，倫敦的地磁臺也記錄到類似的這種現(xiàn)象。由此他們認為，極光的出現(xiàn)與地磁場的變化有關(guān)。原來，極光是太陽風與地球磁場相互作用的結(jié)果。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，當它吹到地球上空，會受到地球磁場的作用。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)出藍色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。
科學家已經(jīng)了解到，地球磁場并不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經(jīng)變成某種"流線型"。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1,000個地球半徑長。由于與日地空間行星際磁場的偶合作用，變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強度很弱的極尖區(qū)。因為等離子體具"凍結(jié)"磁力線特性，所以，太陽風粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區(qū)進入地球磁尾。當太陽活動發(fā)生劇烈變化時(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，并沿磁力線運動。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，極光的顏色和強度也取決于沉降粒子的能量和數(shù)量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視屏幕。地球磁場為電子束導向磁場。科學家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。極光的形成與太陽活動息息相關(guān)。逢到太陽活動極大年，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)，甚至在美國南部的佛羅里達州和德國的中部及南部廣大地區(qū)也出現(xiàn)了極光。
當夜，紅、藍、綠相間的光線布滿夜空中，場面極為壯觀。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)德國波鴻天文觀象臺臺長卡明斯基說，當夜德國萊茵地區(qū)以北的警察局和天文觀象臺的電話不斷，有的人甚至懷疑又發(fā)生毒氣泄漏事件。這次極光現(xiàn)象被遠在160公里高空的觀測太陽的宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出了預告。在北京時間4月7日凌晨零時三十分，宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)一股攜帶著強大帶電粒子的太陽風從它旁邊掠過，而且該太陽風突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時后，這股太陽風到達地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見的造化神工。
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