极光产生原理介绍
极光产生原理介绍
极光常常出现于纬度靠近地磁极地区上空，一般呈带状、弧状、幕状、放射状，是什么引起极光的形成呢?以下是学习啦小编为大家整理极光是怎么形成的答案，希望对你有帮助!
极光的形成
1890年，挪威物理学家柏克兰认为，离地球1.5亿千米的太阳几乎连续不断地向地球放射物质点。而离地球5万千米至6.5万千米以外有一层磁场将地球罩住。当太阳的质点直射这层磁场而被挡住时，它便向地球四周扩散，寻找钻入的空隙，结果约有1%的质点钻入北磁极附近的大气层。每颗太阳质点含有等于1000伏特的电力。它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇，原子吸收了太阳质点所含的一部分能量时，立即又将这能量释放出来而产生极强的光，氧发出绿色和红色的光，氮则发出紫、蓝和一些深红色的光。这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象。
许多科学家正在对极光作深入的研究。人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻，可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕，地球磁场为电子束导向磁场。科学家从这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。例如，通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源，粒子种类，能量大小，地球磁尾的结构，地球磁场与行星磁场的相互作用，以及太阳扰乱对地球的影响方式与程度等。
极光虽然美丽，但是在地球大气层中投下的能量，可以与全世界各国发电厂所产生电容量的总和相比。这种能量常常搅乱无线电和雷达的信号。极光所产生的强力电流，也可以集结在长途电话线或影响微波的传播，使电路中的电流局部或完全“损失”，甚至使电力传输线受到严重干扰，从而使某些地区暂时失去电力供应。怎样利用极光所产生的能量为人类造福，是当今科学界的一项重要使命。
根据美国国家航空航天局“瑟宓斯卫星任务”(2007/12)(Themis mission)传回的新数据，科学家发现太阳释放的带电粒子像一道气流飞向地球，碰到北极上空磁场时又形成若干扭曲的磁场，带电粒子的能量在瞬间释放，以灿烂眩目的北极光形式呈现，而地球的极光主要只有红、绿二色是因为在热成层的氮气和氧原子被电子碰撞，分别发出红色和绿色光。瑟密斯卫星任务的5个人造卫星群于2007年2月成功发射升空，3月在阿拉斯加和加拿大上空侦测到北极光出现两小时，同一时间卫星也侦测到带电粒子流接触到北极磁场。而让安吉罗波洛斯惊讶的是，带电粒子和磁场接触形成的地磁风暴以每分钟650公里的速度掠过空中，威力相当于芮氏规模5.5级的地震。
科学家早就怀疑，北极光的能源来自带电粒子与北极磁场接触产生的扭曲磁场，但这个理论一直到2010年5月才获得证实。当时瑟密斯任务的卫星群从地球上空6万多公里首度测到扭曲磁场的结构。
极光的产生原理
极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线(Field line)集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，产生光芒，形成极光。经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内，阿拉斯加的费尔班(Fairbanks)一年之中有超过200天的极光现象，因此被称为“北极光首都”。所以极光只能在地球的南北极被看见。
地球磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球内部，进而驱动了地磁场的形成。在这磁层磁力线闭合环路上除了有地球内部的导电体之外，另外还有大气层的电离层-这一弱导电体。当太阳风强烈时，磁力线能量遇到地球内部的磁感抗，有许多能量消耗不掉，于是就在电离层处形成了极光。
极光的观测地点
大多数极光出现在地球上空90～130千米处。美国匹兹堡磁纬高，就比在北京看到极光的机会大多了。2004年11月7日晚，较强极光出现在匹兹堡。 肉眼能看出绿色，红色。2003年11月20日傍晚，极光出现在匹兹堡南方地平线，一小时后消退。半夜时又出现在北方低空。2003年10月30日出在匹兹堡的极光，虽然是在光污染严重的市内，但仍能看到红色的光芒。但有些极光要高得多。1959年，一次北极光 所测得的高度是160千米，宽度超过4800千米。在地平线上的城市灯光和高层建筑可能会妨碍我们看光，所以最佳的极光景象要在乡间空旷地区才能观察得到。美国的费尔班克斯一年有200多天能看到极光;而在佛罗里达州，一年平均只能见到4次左右。我国最北端的漠河，也是观看极光的好地方。18世纪中叶，瑞典一家地球物理观象台的科学家发现，当该台观测到极光的时候，地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化，变化范围有1度之多。与此同时，伦敦的地磁台也记录到类似的这种现象。由此他们认为，极光的出现与地磁场的变化有关。原来，极光是太阳风与地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，当它吹到地球上空，会受到地球磁场的作用。高层大气是由多种气体组成的，不同元素的气体受轰击后所发出的光的前面色不一样。例如氧被激后发出绿光和红光，氮被激后发出紫色的光，氩激后发出蓝色的光，因而极光就显得绚丽多彩，变幻无穷。
科学家已经了解到，地球磁场并不是对称的。在太阳风的吹动下，它已经变成某种"流线型"。就是说朝向太阳一面的磁力线被大大压缩，相反方向却拉出一条长长的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1,000个地球半径长。由于与日地空间行星际磁场的偶合作用，变形的地球磁场的两极外各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。因为等离子体具"冻结"磁力线特性，所以，太阳风粒子不能穿越地球磁场，而只能通过极尖区进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发)，常引起地球磁层亚暴。于是这些带电粒子被加速，并沿磁力线运动。从极区向地球注入，这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子，使后者被激发--退激而发光。不同的分子，原子发生不同颜色的光，这些单色光混合在一起，就形成多姿多彩的极光。事实上，人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻，可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕。地球磁场为电子束导向磁场。极光的形成与太阳活动息息相关。逢到太阳活动极大年，可以看到比平常年更为壮观的极光景象。在许多以往看不到极光的纬度较低的地区，也能有幸看到极光。2000年4月6日晚，在欧洲和美洲大陆的北部，出现了极光景象。在地球北半球一般看不到极光的地区，甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中部及南部广大地区也出现了极光。当夜，红、蓝、绿相间的光线布满夜空中，场面极为壮观。虽然这是一件难得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出现了绚丽的色彩，在许多地区还造成了恐慌。据德国波鸿天文观象台台长卡明斯基说，当夜德国莱茵地区以北的警察局和天文观象台的电话不断，有的人甚至怀疑又发生毒气泄漏事件。这次极光现象被远在160公里高空的观测太阳的宇宙飞行器ACE发现，并发出了预告。在北京时间4月7日凌晨零时三十分，宇宙飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风从它旁边掠过，而且该太阳风突然加速，速度从每秒375公里提高到每秒600公里，一小时后，这股太阳风到达地球大气层外缘，为我们显示了难得一见的造化神工。
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