‧ 你造嗎 絢麗多彩的極光是如何形成的

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極光是南北極（高緯）地區特有的一種大氣發光現象。極光在東西方的神話傳說中都留下了美麗的身影，現代科學的發展，使人類能夠用理性的眼光看待極光，對它作出科學的解釋。

長期以來，極光的成因機理未能得到滿意的解釋。直到20世紀60年代，將地面觀測結果與衛星和火箭探測到的資料結合起來研究，才逐步形成了極光的物理性描述。

現在人們認識到，極光一方面與地球高空大氣和地磁場的大規模相互作用有關，另一方面又與太陽噴發出來的高速帶電粒子流有關，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，如木星和土星，它們的周圍，也會產生極光，這已被實際觀察的事實所證明。

極光在東西方的神話傳說中都留下了美麗的身影

一 · 什麼是極光？形成極光的原因是什麼？ 

極光是南北極（高緯）地區特有的一種大氣發光現象。極光在東西方的神話傳說中都留下了美麗的身影，現代科學的發展，使人類能夠用理性的眼光看待極光，對它作出科學的解釋。

長期以來，極光的成因機理未能得到滿意的解釋。直到20世紀60年代，將地面觀測結果與衛星和火箭探測到的資料結合起來研究，才逐步形成了極光的物理性描述。現在人們認識到，極光一方面與地球高空大氣和地磁場的大規模相互作用有關，另一方面又與太陽噴發出來的高速帶電粒子流有關，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，如木星和土星，它們的周圍，也會產生極光，這已被實際觀察的事實所證明。

極光在不同的環境、不同的氣候、不同的時間會呈現多種色彩的變幻

二 · 為什麼極光能呈現出各種各樣的色彩？ 

極光在不同的環境、不同的氣候、不同的時間會呈現多種色彩的變幻，科學家發現，極光呈現的顏色是由以下四個因素決定的：(1)入射粒子的能量；(2)大氣中的原子和分子在不同高度的分佈狀況；(3)大氣中原子和分子本身的特性；(4)大氣的密度不均勻，基本上越接近地表密度越高。 

決定極光顏色的主要因素之一，就是不同種類分子在大氣中的垂直分佈狀況。接近地表處，大氣的組成十分均勻，78%是氮分子，21%氧分子，這樣的組成直到高度約100公里為止都是如此。 高度介於60～100公里的極光，主要的光應該來自氧和氮分子；100～200公里的極光主要由氮分子和氧原子所貢獻；在200公里以上，極光主要來自氧原子，少部分來自氮分子；在大氣的最高層，氫與氦原子也會產生極光，不過這些光十分微弱，肉眼不容易見到。

哈勃望遠鏡拍到罕見土星兩極雙極光現象(圖)

三 · 土星表面壯觀的兩極雙極光

該現象非常罕見，從圖像中可看到土星兩極有環狀光圈。土星環繞太陽旋轉一周為30年，在公轉一次中僅出現兩次土星雙極光現象。哈勃望遠鏡拍攝的這張圖像顯示土星每個極地同時出現閃亮的極光。這一現象是由於“太陽風”形成的，太陽風是太陽噴射的亞原子帶電粒子流，與土星大氣層的分子發生交互作用。

在地球上，極光是帶電粒子沿著地球磁場線進入大氣層形成的奇特現象。目前，天文學家發現該圖像中土星北極和南極極光之間存在細微的差別，其中包含在北極光中的明亮橢圓形狀區域比南極光區域略小，並且光線更強烈一些。

這暗示著土星的磁場分佈並不均勻，由於北極磁場更強一些，當太陽粒子穿過北極大氣層時被加速形成能量較高的粒子流。由於土星擁有較長的軌道，哈勃望遠鏡在其服役期間將不再觀測到這樣的圖像。

南極和北極同時出現極光現象具有非常重要的科學意義。通過這項研究科學家將進一步掌握土星的磁場特性和與地球不一樣的產生極光過程。

　　

結語 · 美麗極光並不神秘 

極光是南北極（高緯）地區特有的一種大氣發光現象。極光一方面與地球高空大氣和地磁場的大規模相互作用有關，另一方面又與太陽噴發出來的高速帶電粒子流有關。定極光顏色的主要因素之一，就是不同種類分子在大氣中的垂直分佈狀況（不同種類的空氣分子激發發出的光顏色不同）。在太陽系的其他行星，如木星和土星，它們的周圍，也會產生極光，這已被實際觀察的事實所證明。