極光是如何形成的及原理
極光是如何形成的及原理
極光是出現(xiàn)于星球的高磁緯地區(qū)上空，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象。形成極光的因素有很多，下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來給你科普一下極光是如何形成的。
極光形成的原因
1890年，挪威物理學(xué)家柏克蘭認(rèn)為，離地球1.5億千米的太陽幾乎連續(xù)不斷地向地球放射物質(zhì)點(diǎn)。而離地球5萬千米至6.5萬千米以外有一層磁場將地球罩住。當(dāng)太陽的質(zhì)點(diǎn)直射這層磁場而被擋住時，它便向地球四周擴(kuò)散，尋找鉆入的空隙，結(jié)果約有1%的質(zhì)點(diǎn)鉆入北磁極附近的大氣層。每顆太陽質(zhì)點(diǎn)含有等于1000伏特的電力。它們在100千米外的高空大氣層中與原子和多半由氧和氮構(gòu)成的分子相遇，原子吸收了太陽質(zhì)點(diǎn)所含的一部分能量時，立即又將這能量釋放出來而產(chǎn)生極強(qiáng)的光，氧發(fā)出綠色和紅色的光，氮則發(fā)出紫、藍(lán)和一些深紅色的光。這些繽紛的色彩組成了綺麗壯觀的極光景象。
許多科學(xué)家正在對極光作深入的研究。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。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實(shí)況電視畫面。沉降粒子為電視機(jī)的電子束，地球大氣為電視屏幕，地球磁場為電子束導(dǎo)向磁場?？茖W(xué)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。例如，通過極光譜分析可以了解沉降粒子束來源，粒子種類，能量大小，地球磁尾的結(jié)構(gòu)，地球磁場與行星磁場的相互作用，以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等。
極光雖然美麗，但是在地球大氣層中投下的能量，可以與全世界各國發(fā)電廠所產(chǎn)生電容量的總和相比。這種能量常常攪亂無線電和雷達(dá)的信號。極光所產(chǎn)生的強(qiáng)力電流，也可以集結(jié)在長途電話線或影響微波的傳播，使電路中的電流局部或完全“損失”，甚至使電力傳輸線受到嚴(yán)重干擾，從而使某些地區(qū)暫時失去電力供應(yīng)。怎樣利用極光所產(chǎn)生的能量為人類造福，是當(dāng)今科學(xué)界的一項重要使命。
根據(jù)美國國家航空航天局“瑟宓斯衛(wèi)星任務(wù)”(2007/12)(Themis mission)傳回的新數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽釋放的帶電粒子像一道氣流飛向地球，碰到北極上空磁場時又形成若干扭曲的磁場，帶電粒子的能量在瞬間釋放，以燦爛眩目的北極光形式呈現(xiàn)，而地球的極光主要只有紅、綠二色是因為在熱成層的氮?dú)夂脱踉颖浑娮优鲎玻謩e發(fā)出紅色和綠色光。瑟密斯衛(wèi)星任務(wù)的5個人造衛(wèi)星群于2007年2月成功發(fā)射升空，3月在阿拉斯加和加拿大上空偵測到北極光出現(xiàn)兩小時，同一時間衛(wèi)星也偵測到帶電粒子流接觸到北極磁場。而讓安吉羅波洛斯驚訝的是，帶電粒子和磁場接觸形成的地磁風(fēng)暴以每分鐘650公里的速度掠過空中，威力相當(dāng)于芮氏規(guī)模5.5級的地震。
科學(xué)家早就懷疑，北極光的能源來自帶電粒子與北極磁場接觸產(chǎn)生的扭曲磁場，但這個理論一直到2010年5月才獲得證實(shí)。當(dāng)時瑟密斯任務(wù)的衛(wèi)星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結(jié)構(gòu)。
極光產(chǎn)生的原理
極光是地球周圍的一種大規(guī)模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達(dá)地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線(Field line)集中到南北兩極。當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光。經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北緯度67度附近的兩個環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，阿拉斯加的費(fèi)爾班(Fairbanks)一年之中有超過200天的極光現(xiàn)象，因此被稱為“北極光首都”。所以極光只能在地球的南北極被看見。
地球磁層磁力線攜帶太陽風(fēng)的能量進(jìn)入地球內(nèi)部，進(jìn)而驅(qū)動了地磁場的形成。在這磁層磁力線閉合環(huán)路上除了有地球內(nèi)部的導(dǎo)電體之外，另外還有大氣層的電離層-這一弱導(dǎo)電體。當(dāng)太陽風(fēng)強(qiáng)烈時，磁力線能量遇到地球內(nèi)部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，于是就在電離層處形成了極光。
極光的形態(tài)
根據(jù)關(guān)于極光分布情況的研究，極光區(qū)的形狀不是以地磁極為中心的圓環(huán)狀，而是卵形。極光的光譜線范圍約為3100～6700埃，其中最重要的譜線是5577埃的氧原子綠線，稱為極光綠線。
大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90---130千米處。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。但有些極光要高得多，高度可達(dá)560---1000千米以上。
極光的基本分類
按照極光的形態(tài)分類，可分為勻光弧極光、射線式光柱極光、射線式光弧光帶極光、簾幕狀極光、極光冕等。
按照極光觀測的電磁波波段，可分為光學(xué)極光、無線電極光等。
按激光激發(fā)粒子類型，可分為電子極光、質(zhì)子極光等。
按照極光發(fā)生區(qū)域，可分為極蓋極光、極光帶極光 、中緯極光紅弧等
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