极光是怎么形成的？

01

极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关，这种粒子流通常称为太阳风。形成极光的条件是大气、磁场和太阳风，缺一不可。具备这三个条件的太阳系其他行星，如木星和水星，它们的周围也会产生极光。

长期以来，人们一直认为极光可能是由以下三种原因形成的：一种看法认为极光是红日西沉以后，透射反照出来的辉光。另一种看法认为，极光是地球外面燃起的大火，因为北极区临近地球的边缘，所以能看到这种大火。还有一种看法认为，极地冰雪丰富，它们在白天吸收阳光，贮存起来，到夜晚释放出来，便成了极光。直到20世纪60年代，科学家将地面观测结果与卫星和火箭探测到的资料结合起来研究，才逐步形成了极光的物理性描述。

如今人们认识到，极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关，这种粒子流通常称为太阳风。由此可见，形成极光的条件是大气、磁场和太阳风，缺一不可。具备这三个条件的太阳系其他行星，如木星和水星，它们的周围也会产生极光，这已被实际观察的事实所证明。

其实，极光是来自大气外的高能粒子（电子和质子）撞击了高层大气中的原子从而产生的。这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时被磁场捕获，并朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞，激发成为电离态的离子，这些离子发射不同波长的散射，产生出红、绿或蓝等特征色，这就是极光。

云朵状极光片。

地磁场分布在地球的周围，被太阳风包裹着，形成一个叫做磁层的棒槌状腔体。我们可以把磁层看成是一个硕大无比的电视显像管。它将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束，聚焦到地磁的极区。极区大气就好像显像管的荧光屏，极光则是电视屏幕上移动的图像。

但是，这个电视屏幕不仅仅是几十寸可以形容的——它是直径为4000千米的极区高空大气。通常，地面上的“观众”，在某个地方只能观赏到画面的1/50。

电视机的原理是：在电视显像管中，电子束击中电视屏幕，因为屏上涂有发光物质，会发射出光，显示成图像。

同样，来自太空的电子束，打入极区高空大气时，会激发大气中的分子和原子，使其发光，人们便见到了极光。在电视显像管中，是一对电极和一个电磁铁作用于电子束，产生并形成一种活动的图像。在极光发生时，极光的动态显示则是由粒子束受到磁层中电场和磁场变化的调制造成的。极光不仅有可见光的图像，而且会发出各个波段的射电辐射，天文学家可以用雷达进行探测研究，甚至有研究称极光还会发出声音。

1 什么是极光

极光，也称为极气象光，是一种在天空中出现的霓虹绿色和红色光带。它是由太阳辐射在地球上大气层中的高能电子和质子所产生的，经常在高纬度地区出现，是极地地区的一种岁月景观。

2 极光如何形成

太阳的辐射在穿过地球磁层时释放出高能电子和质子，这些电子和质子在大气层中与气体分子相互作用，从而释放出能量并激发大气层中的原子和分子。这个过程导致大气中的原子和分子发射出光子，形成了极光。极光的颜色由激发的原子和分子类型以及其能量决定。

3 极光的颜色

极光有多种颜色，但最常见的是绿色和红色。绿色的光由氧原子的激发产生，红色的光由氮原子的激发产生。在极地地区，氧原子与氮原子的浓度和能量都足够高，因此会产生各种各样的颜色，比如紫色、**和蓝色。

4 极光的观测

最佳观测极光的地点是在北极和南极附近的高纬度地区。在这些地区，极光通常可以在晚上和清晰的天气下看到。最佳观测时间是在冬季，尤其是12月到1月期间。此外，需要一个没有光污染的地方，以确保看到最好的光景。

5 极光的文化意义

极光在很多文化中都有重大意义。在北欧神话中，极光被认为是神殿的炫目之光。在阿拉斯加的伊努伊特人中，它被认为是死者的灵魂之光。极光也常被视为吉祥物或灵的象征。在现代文化中，极光是旅游和摄影的目的地，吸引了数以万计的游客和摄影师前来观测和拍摄。

6 极光研究与应用

极光的研究有助于理解和探索太阳活动和地球磁层的相互作用。此外，极光还被用于气象学中，研究地球大气层的动力学和化学过程。极光还被用于实践应用中，如航空、通讯和航海等领域。

7 极光的保护

随着旅游业的蓬勃发展，越来越多的游客前往北极和南极观赏极光。然而，大量的旅游活动和污染对陆上和海上生态系统造成了负面影响。因此，保护和管理这些地区的自然环境非常重要。这需要政策制定者、旅游业和大众共同努力，以确保极光能够长期存在，并为未来的世代带来美好的体验。

8 总结

总之，极光是太阳活动和地球大气层相互作用的结果，是一种令人叹为观止的景观。它不仅具有文化意义，还有助于我们理解宇宙的运作和保护自然生态系统。在欣赏极光的时候，让我们也想到保护和管理自然环境的重要性。

极光的形成原因如下：

极光是太阳风在吹过地球时，受到地球磁场影响，行径发生偏折，在磁场两级附近同地球大气粒子产生作用而形成的。

也就是说这个解释包含太阳风，地磁场，粒子相互作用三个方面，这对于以前的人们来说，解释不了极光也是正常的，毕竟就连太阳的核聚变过程理论，科学家们也差不多在上世纪40年代左右才搞懂，实际上通过接下来几段的介绍，你会发现即便是现在，对于相当一部分物理现象仍没有找到好的解释。

起因

太阳是整个太阳系的核心，不论是从质量占比，还是能量释放等方面来看，太阳绝对是老大无疑，而太阳的结构大体可以分为两个部分，一个是内层，包括以核心区、辐射区、对流区，而外层就是指太阳大气部分，分为光球层、色球层、日冕层。

其中最外层的日冕，就是太阳风的形成地，所谓太阳风就是太阳向四周空间射出的高速带电粒子流，而太阳风的成分也是以氢氦原子核为主，最为显著的特点就是太阳风的速度在每秒200到800公里，对于地球上的我们来说，整个速度的确惊人，但要想到这是质量大地球33万倍的太阳所产生的，也就不足为奇了。

1831年3月，南极探险家约翰·比斯科生动地记载过他所见到的南极极光的瑰丽景色：“当时，几乎整夜都是一幅南极光的美妙景象，时而像高耸在头顶上的美丽的圆柱，突然变成一幅拉开的帷幕，以后，又迅速卷成螺旋的条带。时而这条带仿佛就在我们的头上，总共不过几码高。当然，这一切都发生在近地面的大气层里。这在我见到的种种景象中，再没有比这更壮丽的了。”

极光

所谓极光，指的是发生在极地上空的一种特有物理现象。在古罗马的神话中，极光被称为极地地区的神明。英文的“极光”一词，来源于拉丁文的极光，是罗马神话中黎明女神的名字。

极光，顾名思义，只能出现在两极地区，或者说，仅出现在高纬度地区。南极和北极都是观测研究极光的极好场所，而且南极的条件比北极更优越。一般说来，极光只能出现在地理纬度为60°以上、地磁纬度为67°以上的110千米的高空。越接近极点处，看到极光的机会越多。

自古以来，人类就对艳丽而又神秘的极光产生了极大兴趣。早在公元前32年，中国对极光现象就有记录：极光出现的时间、地点、颜色、亮度、形状、大小、运动范围、出没方位等，几乎具备现代极光观测所要求的多种要素。不过人类最早知道的只是北极光。直到1772～1775年，英国探险家詹姆斯·库克率队首航南极见到南极光之后，人们才开始注意和观测研究南极光。凡是见过南极光的人，都对它的奇妙色彩和动人景象而惊叹不止。

人类对极光的真正科学研究是最近两三百年的事，而取得重大进展是在1957～1958年国际地球物理年期间，对南极光的观测研究也是在这之后才开始的。随着科学技术的迅猛发展，人们采用先进的仪器设备对南极光进行观测研究。在日本的昭和站、苏联的东方站、法国的迪尔维尔站、澳大利亚的戴维斯站和莫森站，都把南极光的观测研究作为主要项目。经过科学家们孜孜不倦地艰苦努力，逐步弄清了极光的成因、形状特征、亮度规律以及与太阳活动的关系。

极光的形成如同日常所见到的氖气灯管一样，灯管中稀薄的气体受到带电粒子的强烈碰撞而发光，而极光就是高空大气中的一种发光过程。具体地说，极光是太阳放射出大量的质子和电子等带电微粒，这些微粒以高速度射进地球外围的高空大气层里，同大气层中的稀薄气体中的原子和分子进行剧烈地碰撞，而激发出来的光。

而地球本身就像一个巨大的吸铁石，它两端的磁极，也就是地球磁场的磁南极、磁北极分别在南、北极地区。当太阳放射出来的大量带电微粒射向地球时，受到地球南、北磁极的吸引，纷纷向南、北极地区涌入，所以，极光就集中出现于南、北极地区。

极光的颜色绚丽多彩，这是因为地球周围的大气中，含有氧、氮、氢、氖、氦、氙和氩等不同的气体分子。当带电微粒与不同的气体分子冲撞时，就发出不同颜色的光。如氖气受到冲击时就发出红颜色的光，氩发蓝光，氦发黄光，其他气体也是姹紫嫣红，各呈其色。科学家们发现，极光的颜色还取决于带电微粒的相互碰撞的空间高度和这些带电微粒的波长。

极光形体的亮度变化是很大的。当太阳表面剧烈骚动时，太阳黑子增多，太阳射向地球大气层中的带电微粒就增多，这时极光不但出现频繁，而极光的强弱，取决于太阳的强度和太阳风的强度与方向。

太阳黑子

对科学家而言，研究极光有着十分普遍的科学意义和实际应用方面的价值。科学家们通过研究极光的时空出现率，就能了解到形成极光的太阳粒子的起源以及这些粒子从太阳上形成，经过行星际空间、磁层、电离层，最终消失的过程。并能了解到在此过程期间，这些粒子在一路上受到电的和磁的、物理的和化学的、静力学的和动力学的各种各样的作用力的情况。因此，极光可以作为日地关系的指示器，可以作为太阳和地磁活动的一种电视图像，去探索太阳和磁层的奥秘。

极光还是一种宇宙现象，在其他磁性星体上也能见到。对极光等离子体的研究，能更好地理解太阳系的演变、进化，还可以研究极光作为日地物理关系链中的一环，对气候和气象的影响以及生物效应等等。

极光具有巨大的能量，可达几千电子伏特。历史上有记载的极光资料中，最惊人的一次极光出现在1859年。其感生电流十分强大，以至使美国的电报员不用电池便把电报从波士顿发到了波兰。有时，一次极光的能量可超过北美的总发电能力。

极光划破了漆黑的极地夜空，给南极的科学考察站带来了光明，给寂寞的大陆带来的生机和美感。极光的形状千姿百态，运动的状态也是千变万化、多种多样。科学家们把极光按照形状特点分为5大类：①底部整齐、微微弯曲呈圆弧状的极光弧；②有弯扭褶，宛如飘带状的极光带；③如云朵一般片朵状的极光片；④面纱一样均匀的帷幕状的极光幔；⑤沿磁力线方向呈射线状的极光芒。这千姿百态、瞬息万变的极光，就像仙女在上下纵横成百上千千米的高空舞台上，手持赤橙黄绿青蓝紫的彩练当空起舞一般。它时隐时现，幻景无穷，与目睹者的心情融合为一体，勾画出一幅幅美丽的画面。

太阳是一个庞大而炽热的气体球，在它的内部和表面进行着各种化学元素的核反应，产生了强大的带电微粒流，并从太阳发射出来，用极大的速度射向周围的空间。

当这种带电微粒流射入地球外围那稀薄的高空大气层时，被地球磁场吸引到两极，就与稀薄气体的分子猛烈地冲击起来，于是产生了发光现象，这就是极光。

极光出现于星球的高磁纬地区上空，是一种绚丽多彩的发光现象。地球的极光，来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。

扩展资料

极光一般只在南北两极的高纬度地区出现，2010年8月1日的太阳风暴恰好面向地球爆发，携带大量带电粒子的太阳风准确无误地“击中”地球，与地球磁场相互作用产生“磁暴”，美国密西密歇根州、丹麦和英国等纬度稍低的地区都能够看到美丽的北极光景观。

地球的极光，由来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。极光的形状有时稳定有时作连续性变化，一般呈带状、弧状、幕状或发射状。

参考资料：

-极光（自然现象）

参考资料：

-南极光（出现在南半球的极光）