作者|周已皓
审核|黄坚
编辑|赵经远
梦幻的极光（图片来源于wikipedia）
千百年来，极光以其红配绿的梦幻色彩征服了无数仰望星空的眼睛。平日里被嫌弃的“红配绿”配色，在大自然的调色板上却美得无与伦比。
这样绝美的景象是如何形成的呢？答案来自于太阳活动。太阳有时会喷出高速移动的太阳风，地球的磁场好比围栏，会将大部分汹涌而来的太阳风粒子挡开。不过在地球的南北磁极地区，地球磁场留下了两条通道，来自太阳的高速带电粒子由此俯冲进大气层，与大气里的原子和分子相撞。这样的碰撞使得分子和原子被激发，以光子的形式释放多余的能量，从而向我们展示了梦幻的极光。
极光形成原理（图片来源于NASA）
由于太阳风粒子撞上不同的大气分子，会产生不同颜色的光带，因此极光具有绚丽的美妙色彩。
当太阳活动强烈的时候，高速粒子撞击高空稀薄的大气，氧原子被激发，就会释放波长约630 纳米的红光。因为氧原子只有在稀薄的高空才能被激发出红光，因此这种红色的极光常在极光的最高处出现；而在高度稍低的区域，空气较密，氧原子会在波长约557.7纳米处发出绿光。绿色是最常见的极光颜色，而且人眼对绿色特别敏感，因此绿色极光看起来格外显眼。
激发态氧原子会形成红色和绿色的极光（图片来源于Alienyrox）
低空大气的氮分子则负责极光中的蓝紫色调。当太阳活动强烈的时候，太阳风粒子有可能会深入较低的大气层，并与这里的氮分子或其电离形式相遇，氮分子被激发，随后迅速放出蓝光或紫光。我们有时会在极光的下部边缘看到一圈泛着紫蓝的光晕，但这种颜色的极光常常会被漆黑的夜幕和光污染遮蔽，因此并不容易被注意到。
电离氮分子会形成紫色和蓝色的极光（图片来源于Alienyrox）
极光并非随机出现在天空中，而是围绕地磁北极和南极形成一个椭圆形光带，仿佛给地球戴上了两个发光的花环。这个被称为“极光椭圆”的光带通常位于高纬度地区上空，只有当太阳活动异常强烈时，才有可能扩张到中低纬度。当你身处高纬度的极光带下方时，仰头即可见到头顶上舞动的绿色帷幕，其边缘可能会映衬着紫色和红色的极光。然而，随着观测者地理位置的变化，看到的极光颜色也会不同。想象在剧院看演出：坐在舞台下方的观众能看到演员五彩缤纷的服饰细节；而坐在远处看台的人可能只能瞧见演员头顶的一抹亮光。同理，当我们在北半球中纬度地区远远望向北方（或在南半球中纬度地区望向南方）天际时，往往只能看到极光的上部边缘，它们位于地平线附近，隐隐泛着红光。这是因为红色极光来自大气的最高层，它的可观测范围往往更加广泛，因此在条件合适的时候可以被较低纬度地区的人看到。而此时绿色和紫色部分因为高度更低，要么被地平线遮挡，要么距离太远而难以辨认。
南纬33度（左）和南纬43度（右）的极光（摄影：周已皓）
极光以其独特的魅力，激发着人们不断探索宇宙奥秘的好奇心。它点亮夜空的同时，也为我们追寻科学真理提供了持久的启示与动力。
参考资料
[1]黄亚芳.极光是怎样形成的？[J].天文爱好者,2015(2):48-50.
[2]破解地球极光之谜[J].天文爱好者,2006(10):28-28.
[3]温学诗.地上天上看极光[J].航天,1999(6):24-26.
[4]千影.来自太阳的极光“制造者”[J].我们爱科学,2024(20):8-11.
[5]张邦维.壮观迷人的极光[J].科学之友,2011(7):30-31.
[6]张邦维.极光的种类[J].科学之友,2011(7):31-31.
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