北極極光形成的原理
極光是南北極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。在相當長一段時間內，人們一直認為極光可能是由以下三種原因形成的。一種看法認為極光是地球外面燃起的大火，因為北極區臨近地球的邊緣，所以能看到這種大火。另一種看法認為，極光是紅日西沉以後，透射反照出來的輝光。還有一種看法認為，極地冰雪豐富，它們在白天吸收陽光，貯存起來，到夜晚釋放出來，便成了極光。總之，衆說紛紜，無一定論。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，纔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係其他行星，如木星和水星，它們的周圍，也會産生極光，這已被實際觀察的事實所證明。
地磁場分佈在地球周圍，被太陽風包裹着，形成一個棒槌狀的膠體，它的科學名稱叫做磁層。為了更形象化，我們打這樣一個比方。可以把磁層看成一個巨大無比的電視機顯像管，它將進入高空大氣的太陽風粒子流彙聚成束，聚焦到地磁的極區，極區大氣就是顯像管的熒光屏，極光則是電視屏幕上移動的圖像。但是，這裏的電視屏幕卻不是 18英寸或 24英寸，而是直徑為4000公裏的極區高空大氣。通常，地面上的觀衆，在某個地方衹能見到畫面的l／50。在電視顯像管中，電子束擊中電視屏幕，因為屏上塗有發光物質，會發射出光，顯示成圖像。同樣，來自空間的電子束，打入極區高空大氣層時，會激發大氣中的分子和原子，導致發光，人們便見到了極光的圖像顯示。在電視顯像管中，是一對電極和一個電磁鐵作用於電子束，産生並形成一種活動的圖像。在極光發生時，極光的顯示和運動則是由於粒子束受到磁層中電場和磁場變化的調製造成的。
極光不僅是個光學現象，而且是個無綫電現象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無綫電波。有人還說，極光能發出各種各樣的聲音。極光不僅是科學研究的重要課題，它還直接影響到無綫電通信，長電纜通信，以及長的管道和電力傳送綫等許多實用工程項目。極光還可以影響到氣候，影響生物學過程。當然，極光也還有許許多多沒有解開的謎。
極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。如果我們乘着宇宙飛船，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空嚮地球望去，會見到圍繞地球磁極存在一個閃閃發亮的光環，這個環就叫做極光卵。由於它們嚮太陽的一邊有點被壓扁，而背太陽的一邊卻稍稍被拉伸，因而呈現出卵一樣的形狀。極光卵處在連續不斷的變化之中，時明時暗，時而嚮赤道方向伸展，時而又嚮極點方向收縮。處在午夜部分的光環顯得最寬最明亮。長期觀測統計結果表明，極光最經常出現的地方是在南北磁緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，分別稱作南極光區和北極光區。在極光區內差不多每天都會發生極光活動。在極光卵所包圍的內部區域，通常叫做極蓋區，在該區域內，極光出現的機會反而要比緯度較低的極光區來得少。在中低緯地區，尤其是近赤道區域，很少出現極光，但並不是說壓根兒觀測不到極光。1958年2月10日夜間的一次特大極光，在熱帶都能見到，而且顯示出鮮豔的紅色。這類極光往往與特大的太陽耀斑暴發和強烈的地磁暴有關。
在寒冷的極區，人們舉目瞭望夜空，常常見到五光十色，千姿百態，各種各樣形狀的極光。毫不誇大地說，在世界上簡直找不出兩個一模一樣的極光形體來，從科學研究的角度，人們將極光按其形態特徵分成五種：一是底邊整齊微微彎麯的圓弧狀的極光孤；二是有彎扭折皺的飄帶狀的極光帶；三是如雲朵一般的片朵狀的極光片；四是面紗一樣均勻的帳幔狀的極光幔；五是沿磁力綫方向的射綫狀的極光芒。
極光形體的亮度變化也是很大的，從剛剛能看得見的銀河星雲般的亮度，一直亮到滿月時的月亮亮度。在強極光出現時，地面上物體的輪廓都能被照見，甚至會照出物體的影子來。最為動人的當然是極光運動所造成的瞬息萬變的奇妙景象。我們形容事物變得快時常說：“眼睛一眨，老母雞變鴨。”極光可真是這樣，翻手為雲，覆手為雨，變化莫測，而這一切又往往發生在幾秒鐘或數分鐘之內。極光的運動變化，是自然界這個魔術大師，以天空為舞臺上演的一出光的活劇，上下縱橫成百上千公裏，甚至還存在近萬公裏長的極光帶。這種宏偉壯觀的自然景象，好像沾了一點仙氣似的，頗具神秘色彩。令人嘆為觀止的則是極光的色彩，早已不能用五顔六色去描繪。說到底，其本色不外乎是紅、緑、紫、藍、白、黃，可是大自然這一超級畫傢用出神入化的手法，將深淺濃淡、隱顯明暗一搭配、一組合，好傢夥，一下子變成了萬花筒啦。根據不完全的統計，目前能分辨清楚的極光色調已達一百六十餘種。
極光這般多姿多彩，如此變化萬千，又是在這樣遼闊無垠的穹窿中、漆黑寂靜的寒夜裏和荒無人煙的極區，此情此景，此時此刻，面對五彩繽紛的極光圖形，親愛的讀者，你說能不令人心醉，不叫人神往嗎？無怪乎在許許多多的極區探險者和旅行傢的筆記中，描寫極光時往往顯得語竭詞窮，衹好說些“無法以言語形容”，“再也找不出合適的詞句加以描繪”之類的話作為遁辭。是的，普通的美麗、壯觀、奇妙等字眼在極光面前均顯得異常的蒼白無力，可以說，即使有生花妙筆也難述說極光的神采、氣勢、秉性脾氣於萬一。
另附極光古老的神話傳說，供欣賞：
相傳公元前兩千多年的一天，夜來臨了。隨着夕陽西沉，夜已將它黑色的翅膀張開在神州大地上，把遠山、近樹、河流和土丘，以及所有的一切全都掩蓋起來。一個名叫附寶②的年輕女子獨自坐在曠野上，她眼眉下的一灣秋水閃耀着火一般的激情，顯然是被這清幽的夜晚深深地吸引住了。夜空像無邊無際的大海，顯得廣阔。安詳而又神秘。天幕上，群星閃閃爍爍，靜靜地俯瞰着黑魆魆的地面，突然，在大熊星座③中，飄灑出一縷彩虹般的神奇光帶，如煙似霧，搖曳不定，時動時靜，像行雲流水，最後化成一個碩大無比的光環，縈繞在北斗星的周圍。其時，環的亮度急劇增強，宛如皓月懸挂當空，嚮大地瀉下一片淡銀色的光華，映亮了整個原野。四下裏萬物都清晰分明，形影可見，一切都成為活生生的了。附寶見此情景，心中不禁為之一動。由此便身懷六甲，生下了個兒子。這男孩就是黃帝軒轅氏。以上所述可能是世界上關於極光的最古老神話傳說之一。
在我國的古書《山海經》中也有極光的記載。書中談到北方有個神仙，形貌如一條紅色的蛇，在夜空中閃閃發光，它的名字叫觸竜。關於觸竜有如下一段描述：“人面蛇身，赤色，身長千裏，鐘山之神也。”這裏所指的觸竜，實際上就是極光。
極光是天空中一種特殊的光，是人們能用肉眼看得見的唯一的高空大氣現象，它常常出現在南北半球的高緯地區，主要是在南極區和北極區。這種光的美麗顯示，是由高空大氣中的放電輻射造成的。出現在北半球的叫做北極光，出現在南半球的叫做南極光；南北極光泛稱極光。在我國所能見到的當然是北極光。在古代，我國沒有極光這個詞，所以是根據極光不的形狀差異分別加以稱謂，如叫做“天狗”、“刀星”、“蚩尤旗”、“天開眼”、“星隕如雨”等等，它們大部分散落在史書的星象、妖星、異星、流星、祥氣的記載中。
極光這一術語來源於拉丁文伊歐斯④一詞。傳說伊歐斯是希臘神話中“黎明”（其實，指的是晨曦和朝霞）的化身，是希臘神泰坦⑤的女兒，是太陽神和月亮女神的妹妹，她又是北風等多種風和黃昏星等多顆星的母親。極光還曾被說成是獵戶星座⑥的妻子。在藝術作品中，伊歐斯被說成是一個年輕的女人，她不是手輓個年輕的小夥子快步如飛地趕路，便是乘着飛馬駕輓的四輪車，從海中騰空而起；有時她還被描繪成這樣一個女神，手持大水罐，伸展雙翅，嚮世上施捨朝露，如同我國佛教故事中的觀音菩薩，普灑甘露到人間。 |
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