极光出今年地球高磁纬地区,是一种罕见的自然景观。极光不止出今年地球,在太阳系其它具有磁场的行星上,也会发生这种现象。
夜间光场上的北极光风景Scenic View Of Aurora Borealis Over
极夜中的挪威罗弗敦群岛,巴尔斯塔码头的极光
其形状也是千差万别:有的像空中飘舞的彩带,有的像一团跳动的火焰,有的像帷幕,有的像柔丝,有的像巨伞。这种大自然的“火树银花不夜天”的景象就是极光。
那极光是怎么形成的呢?
早期观点
1、本杰明·佛兰克林的理论:神秘的北极光是浓稠的带电粒子与极区强烈的雪与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与磁化的地球模型,显示电子是怎么被引导至极区。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·范艾伦与工作伙伴大约在 1962 年首先提出的。他们指出在辐射带内获取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。
现代观点
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集中到南北两极。
当他们进入极地的高层大气时,和大气中的原子与分子碰撞并激发,产生光芒,形成极光。