极光：美丽外表下的“灾难”

“人面蛇身，赤色，身长千里，钟山之神也。” --《山海经》

幕帘轻摆，流光溢彩...想必这是极光带给大家的第一印象。

Robert Schwarz 摄于南极洲CMB 观测站

简单说，极光是一种绚丽多彩的等离子体现象，多发生在地球南北两极的高空。因其独特的外表，在古代被认为是奇异的天象而与凶吉祸福相联系，《山海经》中的“烛龙”可能就是人类对极光最早的描述。在人类对极光的观测历史中不乏溢美之词，可见人们对于这种神秘的天象的美是有共识的。

国际空间站视角下的南极光，可以看到极光发生位置与地表有一定距离。

问题来了

极光这么漂亮

有一个坏消息和一个好消息

坏消息是

中国几乎看不到极光！

即使在极光出现率最高的漠河，平均下来一年也不到一天能看到极光。因此极光虽美，并且也是欧美公众科学的一大主题，在国内却少有人关注。如此美景无法在国内欣赏到，实在是一大遗憾。

王博弋，2018年3月摄于美国阿拉斯加州

好消息是

中国几乎看不到极光！！！

因为极光虽美，在它五彩斑斓的外表下蕴藏的其实是无限杀机。

为什么这么说呢？这要从极光的起源讲起。

极光的产生机制

极光是由于空间中的高能粒子进入地球时轰击大气产生。高能的带电粒子使地球大气分子（原子）激发（电离），在受激的分子（原子、离子）恢复的过程中会释放可见光波段的电磁辐射，形成了我们所看到的极光。

常见的极光有两种颜色，分别是绿色（氧原子557nm谱线）与红色（氧原子630nm谱线）。绿色比红色高度更低（参见第一个视频），因为红光对应的氧原子激发态寿命要比绿光对应的长的多。大气密度随高度增加而降低，因此只有在足够高的高度上才有足够稀薄的大气，留给红光氧原子充足的时间恢复。

既然极光是由大量高能粒子进入地球大气产生的，这些高能粒子除了产生极光，还会带来什么呢？

极光产生的影响

1989年3月，地球迎来了太阳无情的洗礼。强烈的磁暴袭击了地球，产生的极光覆盖了小半个地球，肆意的电流造成了加拿大魁北克省长达9个小时的电力中断。经过这次事件，我们认识到空间天气对人类生产生活的影响不可忽视。极光的背后是高能粒子，大量的高能粒子注入地球不但造成空间中人造卫星的失灵，地面通讯、电力输运都会受到严重的干扰。

极光的地理分布

所以从这个角度，中国看不到极光是幸运的。尽管幅员辽阔，我们的国土离极光圈非常遥远。由于极光的产生与地球磁极息息相关，而地球自转轴（地理）与地磁轴并不重合，因此地理极区和极光区也并不完全重合，而是有一定的偏移。

通过极光区随地磁活动的分布图，观察地磁活动从弱到极强时极光区会延伸到何处，即使在地磁活动最强的时候（低于每年一天），极光区仍然不能覆盖到哪怕漠河，所以绝大多数时间中国都被地球磁场保护的很好。 因此，当中国能看到极光的时候，人类已经到了危险的边缘（认真脸）。

美誉

据《栾城县志》记载:

“清官咸丰九年……，秋八月癸卯夜，赤气起于西北，亘于东北，平明始灭。”

其中“赤气”指的就是红色的极光。你可能不知道在栾城（河北）看到极光是什么概念，上图中的红线还要往下挪三次才能碰到河北！在这起百年不遇的事件中整个北极圈被极光照亮，人们甚至能在夜晚阅读报纸。

不过庆幸的是本次事件发生于1859年，当时电力设备还很少，造成的影响远不如20世纪之后的几次磁暴。据美国科学院估计，如果类似的事件在当下发生，造成的损失将超过两万亿美元。

太阳风暴及其后果

地磁暴对人类的影响

看完这些，是否对极光的美多了一分敬畏之心呢？

考一考

1. 极光的产生是由于什么？

2. 极光的地理分布由什么决定？

3. 空间天气对人类有什么影响？

答案

1. 高能粒子沿着磁力线在极区进入地球大气，激发大气原子（分子）产生可见光波段的极光。

2. 磁纬与地磁活动强度。
3. 对航天器、电力输运、无线电通讯都有影响。

完

图片及文献来源：

[1]百度百科_极光https://baike.baidu.com/item/%E6%9E%81%E5%85%89/33871

[2]美国国家海洋大气局空间天气预报中心https://www.swpc.noaa.gov/products/aurora-30-minute-forecast

[3]Wikipedia_Aurora：https://en.wikipedia.org/wiki/Aurora#Colors_and_wavelengths_of_auroral_light

[4]YouTube_极光视频：https://www.youtube.com/watch?v=t57DPnH06V0

[5]腾讯网新闻_中国古籍填补1859年太阳风暴事件：https://new.qq.com/omn/20180218/20180218A05357.html

撰稿：黄胜

美编：麦李婷

来源：石头科普工作室

编辑：zhenni