為什麼會有北極光??怎麼形成的

時間 2021-08-11 16:07:34

1樓:

極光(aurora或polar 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。

原理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2023年美國國家航空航天局“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。[1]另外,在太陽黑子多的時候,極光出現的頻率也大。

[編輯] 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。

本傑明佛蘭克林(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溼氣作用造成的。

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2023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。

破水桶理論:極光是溢流出的輻射帶,這是詹姆斯範艾倫和工作夥伴大約在2023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。

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。

[編輯] 現在的理論

根據美國國家航空航天局“瑟宓斯衛星任務”(2007/12)(themis mission)傳回的新資料,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破撞,分別發出紅色和綠色光。

這項研究系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2023年12月9日在“美國地球物理聯合會”的學術會議中發表。

瑟密斯衛星任務的5個人造衛星群2023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,同一時間衛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,威力相當於芮氏規模5.5的**。

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,但這個理論一直到今年5月才獲得證實,當時瑟密斯任務的衛星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結構。

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著磁場線(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。

[2]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。

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。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。”。

也有科學家發現火星、木星上的極光[3]。

[編輯] 形態

極光按形態可分為:

勻光弧極光

射線式光柱極光

射線式光弧光帶極光

簾幕狀極光

極光冕按觀測的電磁波波段分為:

光學極光

無線電極光

按激發粒子型別可分為:

電子極光

質子極光

按發生區域可分為:

極光帶極光

極蓋極光

中緯極光紅弧

在其他的行星

木星的極光。在左邊遠方的亮點是埃歐場線的終點;在**底部的斑點是甘尼米德和歐羅巴。

在部分土星北半球高處出現的極光。影像是由卡西尼太空船拍攝的,一段影片顯示出在81小時的土星觀測影像中,也看到了土星的極光。木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場(木星在赤道的磁場強度是4.

3高斯,相較之下地球只有0.3高斯),而且兩者也都有強大的輻射帶。哈柏太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光[3]。

在巨大氣體行星上的極光看起來與地球的相似,也是由太陽風提供能量,另外,木星的衛星,特別是埃歐,更是木星極光的能量**。這些電流是沿著場線(場準直電流)湧生出的,肇因於衛星繞著行星公轉的相對運動,引起的發電機機制。有著火山活動和電離層的埃歐,是帶電粒子的強力**,從2023年開始就在研究由它的電流所發射出來的電波輻射。

使用哈柏太空望遠鏡也在埃歐、歐羅巴和甘尼米德上觀測到極光,當木星磁氣圈的等離子撞擊到它們稀薄的大氣層時,就會產生極光。

在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內在(行星本身)的磁場,金星的極光呈現不同的形狀和強度,看起來是明亮但瀰漫的補丁,有時會分佈在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側的大氣層。

在2023年8月14日,火星快車號上的儀器spicam檢測到火星的極光。這道極光位於erra cimmeria,東經177°,南緯52°,輻射區域大約寬30公哩,高度在8公里左右。經由分析包括火星全球探勘者號過去的地殼磁場異常資料,科學家發現輻射的地區是相對來說是區域性的區域性磁場最強的地區。

這種相關性顯示,電子是通過火星地殼的磁力線與被激發的大氣層移動[3][4]。

2樓:子朗李

北極光是出現於星球北極的高磁緯地區上空的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。北極附近的阿拉斯加、北加拿大是觀賞北極光的最佳地點。

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