斯瓦尔巴群岛的北极光

来自 Viten 节目 Nordlys 的动画，展示了北极光是如何产生的。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北极光如何产生影响

 

 

 

 

 

 

 

 

来自太阳的带电粒子可以通过多种方式影响地球，从无线电噪声到通信卫星故障。

太阳黑子是强磁场区域——这是巨大电流和太阳自转的结果。太阳黑子的温度比周围区域低约 1,500 度，因此看起来较暗。

磁场可能变得非常不稳定，并引起强烈的能量释放，类似于地球上电气短路的超级版本。这些爆炸通常会引起三种类型的能量释放，对我们的高科技产生影响：

高能电磁辐射，特别是 X 射线。8.5 分钟后到达地球，并可能影响无线电通信。
带电粒子的强辐射。它们在半小时到两小时后到达地球。
引起地磁风暴的气体云。在 18 小时到四天之间到达。

最后一种攻击会造成最壮观的后果。在比平时更往南的地方可以看到强烈的北极光。北极光由带电粒子组成，因此实际上是流经我们上方 100 多公里的强大电流。总电流强度可达数百万安培。这种快速变化的电流会引起磁场变化，进而导致在输电线、管道和航天器中产生感应电流。

带电气体云可能会损坏卫星，导致无线电通信问题，使 GPS 系统暂时瘫痪，有时还会导致大规模停电。

2003 年 10 月底太阳上出现的巨大黑子。这些非常活跃的黑子引发了一系列极端的爆炸，其中包括现代以来最强的一次。每个黑子区域都大到足以容纳 100 个地球。

在 2003 年 10 月底和 11 月初，太阳上有三个非常活跃的区域，是多次极端爆炸的发源地。其中一次爆炸摧毁了太空中的三颗卫星，导致瑞典马尔默和哥本哈根部分地区停电，使北极光向南延伸至北非和墨西哥，给航空交通和无线电通信带来了麻烦，并使 GPS 系统瘫痪了一段时间。

超级大爆炸

太阳自转一周大约需要四周时间，11 月 4 日，最后一个超活跃区域正准备消失在太阳边缘。当时发生了一次爆炸，其强度远超现代在太阳上观察到的任何其他现象。一团超热气体云以 830 万公里/小时的速度从太阳边缘喷射而出。由于爆炸发生在太阳边缘，气体云没有直接吹向地球，因此我们在地球上几乎没有感觉到这次太阳风暴。如果爆炸早发生一周左右，情况就会完全不同。

那样的话，爆炸就会发生在太阳圆盘的正中央，喷发会直冲地球，我们可能会遭受与 1859 年 9 月类似的后果。

被灼伤的电报员

1859 年 8 月底，太阳上出现了一组黑子。8 月 28 日，北半球大部分地区的人们体验到了几代人以来所见过的最奇妙的北极光之一。

但这与几天后将要发生的事情相比仍是微不足道的。当英国业余天文学家理查德·卡林顿在 9 月 1 日研究太阳黑子时，他偶然观察到黑子中有两个强光点。这次爆发持续了大约五分钟，也被其他人观察到了。

仅仅 17.6 小时后，在以平均 2,300 公里/秒（830 万公里/小时）的速度跨越了通往地球的 1.5 亿公里后，气体云撞击了地球磁场，引发了极端的北极光，几乎在赤道以南都能看到。许多地方光亮得让人以为天亮了。在古巴，人们可以在天空映出的红光下读报。

极端北极光中的电流传播到了地面，并在电报线中产生了额外电流。在欧洲和美国，电报线都掉到了地上，线路开始起火。有些地方的电报员被灼伤，他们桌上的文件也着火了。

一周之差

如果 2003 年 11 月 4 日的爆发早发生一周并直冲地球，北半球的大部分电力供应很可能会崩溃，几乎整个卫星群都会瘫痪。

据估计，如果发生像 1921 年 5 月那样的太阳风暴，在美国会造成至少 1.3 亿人断电，修复损失可能需要数月甚至数年。然而，1859 年的爆发更为强烈。

1989 年 3 月 13 日，一场太阳风暴使加拿大魁北克和美国东北部陷入黑暗。据估计，仅在美国，发生 1859 年级别的事件在第一年内就会造成 1-2 万亿美元的损失。但人们预计需要 4-10 年才能修复损失。

然而，损失将波及北纬 40-50 度以北的所有国家。

在太阳经历了一个异常漫长的平静期后，活动在过去一年中有所回升，出现了一些黑子、爆炸和喷发。科学家们现在预计 2013 年夏天会出现一个相当温和的极大期。人们可能会认为发生剧烈爆炸的风险相应较小，但事实未必如此。

1859 年的爆发发生在一个弱极大期，类似于预计在 2013 年出现的那个。科学家们正在非常密切地关注局势，并在近年来获得了许多强大的太阳观测站。根据我们在太阳上已知的少数几次超级爆发，无法预测即将到来的极大期会有多大的风险。

1859 年爆发的辐射非常强烈，对大气层产生了相当大的影响。在冰川中，科学家可以逐年测量远古时期的硝酸盐含量。1859 年的大爆炸产生了过去 400 年来测得的最高硝酸盐浓度，几乎是第二高浓度的两倍。

北极光与太阳风暴

 

当北极光在极地地区蓝黑色的冬日天空中闪烁时，那是一幅迷人的景象。虽然我们现在对北极光已经有了相当多的了解，但这种自然现象仍有一些方面尚未得到充分解释。

在过去，人们只能从下面观察北极光。现在，我们可以借助绕地球运行的卫星从上方俯瞰北极光，而且多亏了 ARS 的火箭，人们可以在北极光中心——距离太空 100 公里的地方——进行测量和观察。

在很久以前，关于北极光有很多神秘色彩和神话。那时的人们和现在一样，看到了天空中这种迷人的现象，但他们并不完全清楚那是什么。因此，出现了许多关于北极光的不同故事。在非常古老的年代，人们将北极光视为惩罚的预兆或对行为举止的提醒，或者预示着战争和瘟疫。有些人甚至认为那是死去的单身女性制造了北极光。有些故事说，如果你挥动白色手帕，北极光就会过来把你带走——那时你在戏弄北极光，让它生气。这个故事的另一个版本是，如果你向北极光挥动白色手帕，它也会向你挥手。萨米人认为北极光具有超自然的力量，在他们的萨满鼓上可以找到北极光的符号。萨米人称北极光为 guovssahas，意为“可听见的光”。直到近代，土著民族仍认为强烈的北极光是可以听见的，就像纸张的沙沙声、旗帜在风中飘动声或瀑布的轰鸣声。

今天我们知道是什么形成了北极光。那就是太阳！太阳最重要的一点是它发出光和热，因此是地球上所有生命的基础。就像在地球上一样，太阳上也会刮风。那里的风被称为太阳风。太阳风发出带电粒子。这些被称为电子和离子。其中一些粒子被送往地球，并与地球大气中的气体碰撞。正是这些碰撞产生了北极光。光可以有许多不同的颜色，包括黄色、绿色、红色和蓝色。不同的气体产生不同的颜色。

当我们观察北极光时，它看起来似乎在大气层中并不太高，但实际上它位于地球表面上方 90 – 150 公里之间。我们称之为“可见北极光”。

北极光并非在世界各地都能看到。但正如你们可能知道的，当外面黑暗且晴朗时，在挪威北部可以清晰地看到它。在挪威南部，很少能看到北极光。
在北极旁边还有另一个极点，那就是地磁北极！这个极点吸引来自太阳的带电粒子，从而形成环绕磁极的椭圆形环状北极光。这个环被称为北极光椭圆带。位于这个环下方的地区在黑暗且晴朗的天气里可以看到北极光。南半球也会发生完全相同的情况，但在那里这种光被称为南极光。

我们确切知道挪威最早有人看到北极光是在 13 世纪。在那个时代编写的《国王镜像》（Kongespeilet）一书中就提到了北极光。大约 400 年后的 1621 年，一位法国人为北极光起了一个别致的名字，即 Aurora Borealis。它的意思是“北方的黎明”。这个名字其实是错误的，但在像法国这样靠南的欧洲地区，红色的北极光看起来确实像黎明的曙光。南极光被称为 Aurora Australis，意思是“南方的黎明”。

多年来，许多人都对北极光进行了研究，其中之一就是克里斯蒂安·伯克兰（Kristian Birkeland）。他是一位挪威人，对我们今天所了解的北极光知识贡献巨大。他是第一个发现是太阳形成了北极光的人。他通过进行一项名为“特雷拉实验”（Terella experiment）的实验证明了这一点，他在实验室里实际上制造出了人工北极光。

许多艺术家都从北极光及其美丽的色彩和运动中获得了灵感。包括作家、艺术家、摄影师和音乐家。我们可以提到的作家有克努特·汉姆生、弗里乔夫·南森和亨里克·韦格兰德，以及画家格哈德·蒙特等。

顾名思义，北极光主要与极地地区有关。它最常出现在环绕磁极、距离磁极约 2,500 公里的地带。这个北极光带经过斯堪的纳维亚北部、冰岛和格陵兰岛南端，穿过加拿大北部、阿拉斯加并沿着西伯利亚北海岸延伸。特罗姆斯和芬马克郡的海岸正处于发生频率最高的地方。因此，挪威北部由于其便利的可及性和温和的冬季气候，对于想要观看这一天文现象的人来说非常有吸引力。此外，北极光在北极光带的南北两侧都会发生，但离它越远，发生的频率就越低。在南磁极周围，我们有一个完全对应的地带。但这种“南极光”基本上只能从南极洲及其周围海域看到。在南半球的居住区中，只有从塔斯马尼亚和新西兰南部偶尔能瞥见它。此外，北极光和“南极光”同时出现，几乎互为镜像。

在特罗姆斯和芬马克郡，如果不是每个晴朗的夜晚都能看到北极光，那么至少每隔一晚就能看到。如果去挪威南部，每月会出现几次，而在中欧，一年中只能看到几次。甚至在地中海地区也可以观察到北极光，但可能每百年才出现几次。在斯瓦尔巴群岛，北极光也很常见，但不如挪威北部那么频繁。

我们将北极光与冬天联系在一起，但实际上它全年都在。只是在白夜里我们看不见它，天空必须相当黑暗。在实践中，挪威北部的观测时间被限制在 9 月初到 4 月中旬。然而，在相当明亮的天空背景下也能看到强烈的北极光。例如，在特罗姆瑟，在 8 月的傍晚天空中看到北极光并不罕见。我们在挪威北部看到的北极光通常被称为夜侧北极光，因为它位于地球的夜侧。它通常在傍晚或晚上开始，并经常持续到深夜。这是北极光的常见形式，但在极夜期间的斯瓦尔巴群岛，我们还可以看到更罕见的日侧北极光，它发生在地球的日侧。北极光位于云层上方，所以我们需要晴朗的天气才能看到它。云层是挪威北部观测北极光的主要障碍。从这个角度来看，内陆地区比沿海地区更好。满月前后的日子不适合观测北极光。那时天空会变得非常明亮，以至于体验感大打折扣。最后，人们应该远离灯光较多的城市和城镇，以充分领略北极光之夜的美力。
大多数北极光发生在地面上方 90 到 130 公里之间，但有些北极光，尤其是射线状北极光，可以延伸到几百公里的高度。相比之下，喷气式飞机的常规飞行高度约为 10 公里，臭氧层位于地面上方 20 到 30 公里处。我们几乎必须到达卫星运行的高度才能找到北极光。由于高度巨大，北极光在数百公里的范围内都清晰可见。因此，熊岛上空的北极光从特罗姆瑟和斯瓦尔巴群岛都能看到，而特罗姆瑟上空的北极光从特伦德拉格的北面天空也能看到。

当大量高速带电粒子（电子）沿着磁场进入地球并与大气高层碰撞时，就会产生北极光。气体随后会发光。这有点像荧光灯管中发生的情况。颜色反映了那里存在哪些气体。北极光特有的黄绿色来自氧气。红色也主要由氧气引起，但氮气也有贡献。我们经常在北极光底部看到的紫色来自氮气，大部分蓝色也是如此。带电粒子的来源是太阳，太阳的情况决定了我们是否能看到北极光。粒子从太阳流出，其中一些被地球磁场捕获，并沿着磁场进入极地地区。但首先它们在地球的夜侧绕了一圈，并在那里的磁场中获得了额外的能量。那里究竟发生了什么，我们目前还不完全清楚。

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