绚丽多彩的极光

极光在东西方的神话传说中都留下了美丽的身影

一 · 什么是极光？形成极光的原因是什么？

极光是南北极(高纬)地区特有的一种大气发光现象。极光在东西方的神话传说中都留下了美丽的身影，现代科学的发展，使人类能够用理性的眼光看待极光，对它作出科学的解释。

长期以来，极光的成因机理未能得到满意的解释。直到20世纪60年代，将地面观测结果与卫星和火箭探测到的资料结合起来研究，才逐步形成了极光的物理性描述。现在人们认识到，极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关，这种粒子流通常称为太阳风。由此可见，形成极光必不可少的条件是大气、磁场和太阳风，缺一不可。具备这三个条件的太阳系其他行星，如木星和土星，它们的周围，也会产生极光，这已被实际观察的事实所证明。

极光在不同的环境、不同的气候、不同的时间会呈现多种色彩的变幻

二 · 为什么极光能呈现出各种各样的色彩？

极光在不同的环境、不同的气候、不同的时间会呈现多种色彩的变幻，科学家发现，极光呈现的颜色是由以下四个因素决定的：(1)入射粒子的能量;(2)大气中的原子和分子在不同高度的分布状况;(3)大气中原子和分子本身的特性;(4)大气的密度不均匀，基本上越接近地表密度越高。

决定极光颜色的主要因素之一，就是不同种类分子在大气中的垂直分布状况。接近地表处，大气的组成十分均匀，78%是氮分子，21%氧分子，这样的组成直到高度约100公里为止都是如此。 高度介于60～100公里的极光，主要的光应该来自氧和氮分子;100～200公里的极光主要由氮分子和氧原子所贡献;在200公里以上，极光主要来自氧原子，少部分来自氮分子;在大气的最高层，氢与氦原子也会产生极光，不过这些光十分微弱，肉眼不容易见到。

哈勃望远镜拍到罕见土星两极双极光现象(图)

三 · 土星表面壮观的两极双极光

该现象非常罕见，从图像中可看到土星两极有环状光圈。土星环绕太阳旋转一周为30年，在公转一次中仅出现两次土星双极光现象。哈勃望远镜拍摄的这张图像显示土星每个极地同时出现闪亮的极光。这一现象是由于“太阳风”形成的，太阳风是太阳喷射的亚原子带电粒子流，与土星大气层的分子发生交互作用。

在地球上，极光是带电粒子沿着地球磁场线进入大气层形成的奇特现象。目前，天文学家发现该图像中土星北极和南极极光之间存在细微的差别，其中包含在北极光中的明亮椭圆形状区域比南极光区域略小，并且光线更强烈一些。这暗示着土星的磁场分布并不均匀，由于北极磁场更强一些，当太阳粒子穿过北极大气层时被加速形成能量较高的粒子流。由于土星拥有较长的轨道，哈勃望远镜在其服役期间将不再观测到这样的图像。南极和北极同时出现极光现象具有非常重要的科学意义。通过这项研究科学家将进一步掌握土星的磁场特性和与地球不一样的产生极光过程。

结语 · 美丽极光并不神秘

极光是南北极(高纬)地区特有的一种大气发光现象。极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关。定极光颜色的主要因素之一，就是不同种类分子在大气中的垂直分布状况(不同种类的空气分子激发发出的光颜色不同)。在太阳系的其他行星，如木星和土星，它们的周围，也会产生极光，这已被实际观察的事实所证明。