詩情畫意~~~極光

鬍鬚子 · 發表於 2012-10-25 00:37:05

本帖最後由鬍鬚子於 2012-10-25 00:37 編輯

上次同大家講咗大峽谷，今次帶大家去到北極睇另一樣自然奇觀。

極光（Aurora或Polar light或Northern light）出現於星球的高磁緯地區上空，是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光，由來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。極光不只在地球上出現，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。

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原理~
極光發現的歷史很早，《河圖稽命征》上說：「附寶（黃帝之母）見大電光繞北斗權星，照耀郊野，感而孕二十五月，而生黃帝軒轅於青邱。」這很可能是指極光。部份中國學者認為《山海經·大荒北經》中的燭龍是指極光，古人形容為「人面蛇身，赤色，身長千里，鐘山之神也。」。

1619年，伽利略以曙光女神奧羅拉（Aurora）之名創造出aurora borealis 一詞。伽利略解釋極光是由反射從地球上上升蒸氣的太陽光。

極光最易出現的時期是春分和秋分兩個節氣來臨之前，且春秋兩季出現頻率更甚夏冬。但2007年美國太空總署「THEMIS」任務的資料顯示，在春分和秋分兩節氣時地球位置與「磁索」交錯最甚，而非因四季交替影響才有此結果。另外，在太陽黑子多的時候，極光出現的頻率也大。

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鬍鬚子 · 發表於 2012-10-25 00:37:06

過去的理論~
在過去，有些理論被用來解釋這種現象，但現在都已經過時了。
本傑明·富蘭克林（Benjamin Franklin）的理論：神奇的北極光是濃稠的帶電粒子和極區強烈的雪和其他的濕氣作用造成的。
極光的電子來自太陽發射的光束。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至極區。這個模型的問題包括本身缺乏在極區的極光、負電荷本身自行散射這些光束、而且在近期內仍然缺乏任何太空中的觀測證據。

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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夥伴大約在1962年首先提出的。他們指出在輻射帶內獲得的巨大能量很快就會在極光的漫射中耗盡。不久之後，很明顯的陷在輻射帶內的都是高能的帶正電離子，而在極光內幾乎都是能量較低的電子。

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極光是太陽風中的粒子被地球的場線引導至大氣層頂端造成的,這適用於極光的尖點，但在間點之外，太陽風沒有直接的作用。另一方面，太陽風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，這仍然遠低於極光的能量。

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鬍鬚子 · 發表於 2012-10-25 00:37:07

本帖最後由鬍鬚子於 2012-10-25 00:24 編輯

現代的理論~
根據美國太空總署「瑟宓斯衞星任務」（2007/12）（Themis mission）傳回的新數據，科學家發現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，而地球的極光主要只有紅、綠二色是因為在熱成層的氮氣和氧原子被電子撞破，分別發出紅色和綠色光。

這項研究是由美國加州大學洛杉磯分校的安吉羅波洛斯主持，其研究結果已於2007年12月9日在「美國地球物理聯合會」的學術會議中發表。

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瑟密斯衞星任務的5個人造衞星群2007年2月成功發射升空，3月在阿拉斯加和加拿大上空偵測到北極光出現兩小時，同一時間衞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暴以每分鐘650公里的速度掠過空中，威力相當於黎克特制規模5.5的地震。

科學家早就懷疑，北極光的能源來自帶電粒子與北極磁場接觸產生的扭曲磁場，但這個理論一直到2010年5月才獲得證實，當時瑟密斯任務的衞星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結構。

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極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。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着磁場線（Field line）集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞並激發，產生光芒，形成極光。

在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光，經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班克斯（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象，因此被稱為「北極光首都」。

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鬍鬚子 · 發表於 2012-10-25 00:37:08

本帖最後由鬍鬚子於 2012-10-25 00:30 編輯

極光的形成~
當極光出現，居住於南北極圈的人會看見夜空有不斷變化的美麗光芒。很多人以為極光的形成與地球以外的太空無關，其實極光的成因與太陽黑子有很大的關係。

在我們介紹極光的成因之前，不如讓我們先對太陽作一點較深入的了解。大家都知道，太陽是一個十分熱的火球。它的表面溫度大約是六千度。每時每刻，太陽表面都會將大量粒子往外太空射出去。這就是天文學家經常提到的太陽風。

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在太陽表面，我們經常可觀察到一些黑色的東西，其實這些就是太陽黑子了。太陽黑子的溫度較太陽表面的平均溫度為低，大約是四至五千度。黑子也是磁場較強的地區，它附近經常會發生猛烈爆炸。這些爆炸會把很多高能帶電粒子從太陽表面發射到外太空去。其中一部份帶電粒子會隨著太陽風來到地球。

我們知道，帶電粒子的運動是極容易受磁場所影響的。這些從太陽來的帶電粒子當然也不例外，它們會受地球磁場牽引，於南北兩極與地球大氣層的空氣粒子碰撞。大氣層的空氣粒子受碰撞後會發光，極光就這樣形成了。

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