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極光是如何形成的

極光是如何形成的

 

 

    極光出現(xiàn)在地球高磁緯地區(qū),是一種罕見的自然景觀。極光不止出現(xiàn)在地球,在太陽系其它具有磁場的行星上,也會發(fā)生這種現(xiàn)象。那極光是如何形成的呢?

 

 

  在地球南、北兩極附近的高空,夜間常會出現(xiàn)一種奇異的光。其色彩斑斕:有紫紅色,有玫瑰紅,有橙紅色,也有白色和藍色;其形狀也是千差萬別:有的像空中飄舞的彩帶,有的像一團跳動的火焰,有的像帷幕,有的像柔絲,有的像巨傘。這種大自然的“火樹銀花不夜天”的景象就是極光。

    1957年3月2日夜晚,人們在黑龍江省呼瑪縣的上空觀察到了這種離奇的光變。7點多鐘,西北方的天空中出現(xiàn)了幾個稀有的彩色光點,接著,光點放射出不斷變化的橙黃色的強烈光線。不久,光線漸漸模糊而形成幕狀。爾后,彩色逐漸變?nèi)?,?點30分消失。但10點零3分,這一情景又再次出現(xiàn)。
 
 

    令人驚奇的是,在同一天晚上7點零7分,新疆北部阿爾泰山背后的天空也出現(xiàn)了鮮艷的紅光,像山林起火一般。紅色的天空里射出很多片狀,垂直于地面形成白而略帶黃色的光帶。漸漸地,這光帶變成了銀白色。這些光帶呈輻射狀,逐漸向天頂推進。各光帶之間呈淡紅色,并不斷忽明忽暗。光帶的長短也不斷變化。7點40分左右,光帶伸展到天頂附近,這時的光色最為鮮明,好似一束白綢帶,飄揚在淡紅色的天空中。大約10點,景色完全消失。關(guān)于極光的成因有種種推測。

 

早期觀點

    1.本杰明·佛蘭克林的理論:神奇的北極光是濃稠的帶電粒子和極區(qū)強烈的雪和其他的濕氣作用造成的。
 
 
 

  2.極光的電子來自太陽發(fā)射的光束。這是克利斯蒂安柏克蘭在1900年提出的說法,她在實驗室用真空室和磁化的地球模型,顯示電子是如何被引導(dǎo)至極區(qū)。這個模型的問題包括本身缺乏在極區(qū)的極光、負電荷本身自行散射這些光束、而且仍然缺乏任何太空中的觀測證據(jù)。

 

 

 

  3.破水桶理論:極光是溢流出的輻射帶,這是詹姆斯·范艾倫和工作伙伴大約在1962年首先提出的。他們指出在輻射帶內(nèi)獲得的巨大能量很快就會在極光的漫射中耗盡。不久之后,很明顯地,陷在輻射帶內(nèi)的都是高能的帶正電離子,而在極光內(nèi)幾乎都是能量較低的電子。

 

 

 

  4.極光是太陽風(fēng)中的粒子被地球的場線引導(dǎo)至大氣層頂端造成的。這適用于極光的尖點,但在尖點之外,太陽風(fēng)沒有直接的作用。另一方面,太陽風(fēng)的能量主要都留駐在帶正電的離子,電子只有0.5eV,而在尖點上會上升至50~100eV,這仍然遠低于極光的能量。

 

現(xiàn)代觀點

    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地球附近,地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當(dāng)他們進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),阿拉斯加的費爾班一年之中有超過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)的能量進入地球內(nèi)部,進而驅(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。

 

 

 

  隨著科技的發(fā)展,人們對這種奇特自然現(xiàn)象的研究更為深入,得出了許多科學(xué)的推論。但是這些推論只是科學(xué)家目前的猜想,極光的具體成因還在繼續(xù)探索,希望有一天可以得到確切答案。

 

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