極光

極光

極光（Aurora），是一種絢麗多彩的電漿現象，其發生是由於太陽帶電粒子流（太陽風）進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區的高空，夜間出現的燦爛美麗的光輝。在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。

極光常常出現於緯度靠近地磁極地區上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定有時作連續性變化。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。

現代物理學對極光產生原理有詳細描述，地球上的極光是由於來自磁層和太陽風的帶電高能粒子被地磁場導引帶進地球大氣層，並與高層大氣（熱層）中的原子碰撞造成的發光現象。極光不只在地球上出現，太陽系內的其它一些具有磁場的行星上也有極光。

基本介紹

  • 中文名：極光
  • 外文名：Aurora，Aurora Borealis，Polar light
  • 形狀：帶狀、弧狀、幕狀、放射狀等
  • 極光區：離磁極25°～30°的範圍
  • 條件：大氣、磁場、高能帶電粒子
  • 定義：地球南北兩極附近地區的自然現象
極光形態,觀測區域,基本分類,產生原因,現代觀點,產生原理,自然特徵,極光之美,神奇聲音,研究發展,觀測地點,其它行星,補充資料,觀測記錄,

極光形態

極光，是由80～500公里高空的電爆引起禁歸阿發的光現象。 地球的“磁南極”和“磁北極”構成的強大磁場是呈弧形磁力線作螺旋運動移向兩極，從而使極地上空大氣層若干氣體發出光芒。
極光
極光
根據關於極光分布情況的研究，極光區的形狀不是以地磁極為中心的圓環狀，而是卵形。極光的光譜線範圍約為3100～6700埃，其中最重要的譜線是5577埃的氧原子綠線，稱為極光綠線。
大多數極光出現於地球上空90-130千米處。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。但有些極光要高得多，高度可達560-1000千米以上。

觀測區域

由於地磁場的作用，這些高能粒子轉向極區，所以極光常見於高磁緯地區。在大約離磁極25°～30°的範圍內常出現極光，這個區域稱為極光區。地磁緯度在60°-90°的範圍稱為極光區，地磁緯度45°-60°之間的區域稱為弱極光區，地磁緯度低於45°的區域稱為微極光區。

基本分類

極光依性質可分為擴散極光和分立極光兩種類型。即使在黑暗的天空中，肉眼可能還是看不見擴散極光散發出瀰漫在天空中的微光和形狀，但它定義出了極光帶的範圍。
極光
極光
分立極光是在幾乎看不見的擴散極光中能夠明確看出形狀的部分，肉眼很坑檔永容易就能看見它們，最亮時的亮度足以在夜晚閱讀書報。但分立極光還是只能在夜空中被看見，因為它的亮度還不足以在陽光下呈現。極光在極光帶中出現時通常是瀰漫性的光斑或弧形，且通常是在裸眼可見的程度之下。分立極光通常會顯示出磁場線或像簾幕狀的結構，最常見的是綠色的螢光，並少盼員付且可以在數秒鐘內發生變化，或是幾個小時光度都不符淚變。
按照極光的形態分類，可分為勻光弧極光、射線式光柱極光、射線式光弧光帶極光、簾幕狀極光、極光冕等。
按照極光觀測的電磁波波段，可分為光學極光、無線電極光等。
按雷射激發粒子類型，可分為電子極光、質子極光等。
按照極光發生區域，可分為極蓋極光、極光帶極光 、中緯極光紅弧等。
現代潮流引導與推薦比照氣象學來區分極光的現象，但尚未被完全認同。

產生原因

極光出現於星球的高磁緯地區上空，是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光，來自地球磁層和太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。極光不只在地球上出現簽組台，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。
極光一般只在南北兩極的高緯度地區出現，但是2010年8月1日的太陽風暴恰好面向地球爆發，攜帶大量帶電粒子的太陽風準確無誤地“擊中”地球，與地球磁場相互作用產生“磁暴”，使美國密西根州、丹麥和英國等緯度稍低的地區都能夠看到美麗的北極光景觀。專家稱，這一次的太陽風暴並沒有像事先推測的那樣破壞全球的衛星和電信系統，卻給地球帶來一場壯麗的“焰火盛會”。
極光
極光
極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣（大於80km）時，與大氣中的原子和分子碰撞雄歡連蒸並激發，能量釋放產生的光芒形成圍繞著磁極的大圓圈，即極光。
極光最易出現的時期是春分和秋分兩個節氣來臨之前，且春秋兩季出現頻率更甚夏冬。這是因為在春分和秋分兩節氣時地球位置與“磁索”交錯最甚。另外，在太陽黑子多的時候或當太陽周期在日冕大量拋射增加和太陽風強度增強的階段時，極光出現的頻率和亮度也會增加。

現代觀點

許多科學家正在對極光作深入的研究。人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決於沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視螢幕，地球磁場為電子束導向磁場。科學家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。例如，通過極光譜分析可以了解沉降粒子束來源，粒子種類，能量大小，地球磁尾的結構，地球磁場與行星磁場的相互作用，以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等。
極光
極光圖片
極光雖然美麗，但是在地球大氣層中投下的能量，可以與全世界各國發電廠所產生電容量的總和相比。這種能量常常攪亂無線電和雷達的信號。極光所產生的強力電流，也可以集結在長途電話線或影響微波的傳播，使電路中的電流局部或完全“損失”，甚至使電力傳輸線受到嚴重干擾，從而使某些地區暫時失去電力供應。怎樣利用極光所產生的能量為人類造福，是當今科學界的一項重要使命。
電磁離子迴旋波是一種典型的微觀尺度波動，其常通過迴旋共振和帶電粒子相互作用，這種作用的結果之一就是導致空間中的帶電粒子沉降到地球大氣中，這些沉滲促凶降粒子還可以通過後續的過程產生極光等現象。

產生原理

極光
極光
極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線（Field line）集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞並激發，產生光芒，形成極光。經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象，因此被稱為“北極光首都”。所以極光只能在地球的南北極被看見。
地球磁層磁力線攜帶太陽風的能量進入地球內部，進而驅動了地磁場的形成。在這磁層磁力線閉合環路上除了有地球內部的導電體之外，另外還有大氣層的電離層這一弱導電體。當太陽風強烈時，磁力線能量遇到地球內部��磁感抗，有許多能量消耗不掉，於是就在電離層處形成了極光。

自然特徵

極光之美

極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。早在2000多年前，中國就開始觀測極光，有著豐富的極光記錄。極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比，在自然界中還沒有哪種現象能與之媲美。任何彩筆都很難繪出那在嚴寒的兩極空氣中嬉戲無常、變幻莫測的炫目之光。 極光有時出現時間極短，猶如節日的焰火在空中閃現一下就消失得無影無蹤；有時卻可以在蒼穹之中輝映幾個小時；有時像一條彩帶，有時像一團火像一張五光十色的巨大銀幕，仿佛上映一場球幕電影，給人視覺上以美的享受。如果我們乘著宇宙飛船，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空向地球望去，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。由於它們向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，時而向赤道方向伸展，時而又向極點方向收縮。處在午夜部分的光環顯得最寬最明亮。
極光
極光
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，而且顯示出鮮艷的紅色。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曲的圓弧狀的極光弧；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；五是沿磁力線方向的射線狀的極光芒。
極光
極光之美
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，以天空為舞台上演的一出光的話劇，上下縱橫成百上千公里，甚至還存在近萬公里長的極光帶。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，早已不能用五顏六色去描繪。說到底，其本色不外乎是紅、綠、紫、藍、白、黃，可是大自然這一超級畫家用出神入化的手法，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，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、漆黑寂靜的寒夜裡和荒無人煙的極區，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家的筆記中，描寫極光時往往顯得語竭詞窮，只好說些“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。

神奇聲音

北極光是指常出現於地球高緯度地區高層大氣中的發光現象，是太陽風與地球磁場相互作用的結果。北極光非常絢爛美麗，而伴隨北極光發生的，是一種很神秘的聲音。
一直以來，有關這種神秘的北極光聲音流傳著許多的傳說，也讓在荒野的人們感到恐懼和敬畏。
北極光發出的這種含混不清的爆裂聲的來源，終於首次在科學上得到了合理的解釋。
芬蘭阿爾托大學的科學家們發現了北極光神秘聲音的來源，這種聲音產生於距地面70米的空中。與此相比，由地球磁場干擾而產生的絢爛而變幻莫測的北極光，則是產生於距離地面120千米的高空。
為了找到聲音的來源，科學家們利用了三個互相獨立的麥克風，在觀測點記錄下了北極光的聲音。接著，科學家們對這些聲音進行對比分析，從而最終確定了北極光聲音的來源。當北極光在觀測點出現的同時，芬蘭氣象研究所也同步測量到了伴隨北極光產生了地磁干擾。
阿爾托大學的萊恩（Unto K. Laine）教授表示，“我們研究發現，在北極光出現期間，人們可以聽見一種伴隨極光自然產生的聲音。過去，我們認為極光離我們太遠，不可能會聽到極光發出的聲音，這種推斷沒有錯，但事實是，極光是由太陽產生的能量粒子干擾地球磁場而產生的，它們在很遠的天邊，伴隨極光的聲音也是由類似原因而產生，只不過產生這種聲音的地方離地面更近。”
有關北極光神秘聲音產生的具體原因仍然是一個迷，這種聲音並不是每次都會伴隨極光而來。從被記錄下來的聲音來看，這種聲音聽起來像是一種含混不清的爆裂聲，並往往只持續一小段時間。另外一些聽到過極光聲音的人把這種聲音描述為一種噼啪聲，並且感覺聲音的距離很遠。通過這些不同的描述，科學家們推測北極光聲音產生的背後可能有著若干不同的原理。

研究發展

觀測地點

大多數極光發生在地球上空90～130千米處。美國匹茲堡磁緯高，就比在北京看到極光的機會大多了。2004年11月7日晚，較強極光匹茲堡出現過。 肉眼能看出綠色，紅色。2003年11月20日傍晚，極光出現於匹茲堡南方地平線，一小時後消退。半夜時又發生於北方低空。2003年10月30日出在匹茲堡的極光，雖然是在光污染嚴重的市內，但仍能看到紅色的光芒。但有些極光要高得多。1959年，一次北極光 所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。
極光
極光
在地平線上的城市燈光和高層建築可能會妨礙我們看光，所以最佳的極光景象要在鄉間空曠地區才能觀察得到。美國的費爾班克斯一年有200多天能看到極光；而在佛羅里達州，一年平均只能見到4次左右。我國最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。18世紀中葉，瑞典一家地球物理觀象台的科學家發現，當該台觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現不規則的方向變化，變化範圍有1度之多。與此同時，倫敦的地磁台也記錄到類似的這種現象。由此他們認為，極光的出現與地磁場的變化有關。原來，極光是太陽風與地球磁場相互作用的結果。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，當它吹到地球上空，會受到地球磁場的作用。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊後所發出的光的前面色不一樣。例如氧被激後發出綠光和紅光，氮被激後發出紫色的光，氬激後發出藍色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。
科學家已經了解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。由於與日地空間行星際磁場的偶合作用，變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強度很弱的極尖區。因為電漿具“凍結”磁力線特性，所以，太陽風粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區進入地球磁尾。當太陽活動發生劇烈變化時（如耀斑爆發），常引起地球磁層亞暴。於是這些帶電粒子被加速，並沿磁力線運動。從極區向地球注入，這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使後者被激發——退激而發光。不同的分子，原子發生不同顏色的光，這些單色光混合在一起，就形成多姿多彩的極光。事實上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決於沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視螢幕。地球磁場為電子束導向磁場。極光的形成與太陽活動息息相關。逢到太陽活動極大年，可以看到比平常年更為壯觀的極光景象。
極光
極光
在許多以往看不到極光的緯度較低的地區，也能有幸看到極光。2000年4月6日晚，在歐洲和美洲大陸的北部，出現了極光景象。在地球北半球一般看不到極光的地區，甚至在美國南部的佛羅里達州和德國的中部及南部廣大地區也出現了極光。當夜，紅、藍、綠相間的光線布滿夜空中，場面極為壯觀。雖然這是一件難得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出現了絢麗的色彩，在許多地區還造成了恐慌。據德國波鴻天文觀象台台長卡明斯基說，當夜德國萊茵地區以北的警察局和天文觀象台的電話不斷，有的人甚至懷疑又發生毒氣泄漏事件。這次極光現象被遠在160公里高空的觀測太陽的宇宙飛行器ACE發現，並發出了預告。在台北時間4月7日凌晨零時三十分，宇宙飛行器ACE發現一股攜帶著強大帶電粒子的太陽風從它旁邊掠過，而且該太陽風突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時後，這股太陽風到達地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見的造化神工。

其它行星

木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場（木星在赤道的磁場強度是4.3高斯，相較之下地球只有0.3高斯），而且兩者也都有強大的輻射帶。哈勃太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光。在巨大氣體行星上的極光看起來與地球的相似，也是由太陽風提供能量，另外，木星的衛星，特別是埃歐，更是木星極光的能量來源。這些電流是沿著場線（場準直電流）涌生出的，肇因於衛星繞著行星公轉的相對運動，引起的發電機機制。有著火山活動和電離層的埃歐，是帶電粒子的強力來源，從1955年開始就在研究由它的電流所發射出來的電波輻射。使用哈柏太空望遠鏡也在埃歐、歐羅巴和甘尼米德上觀測到極光，當木星磁氣圈的等離子撞擊到它們稀薄的大氣層時，就會產生極光。在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內在（行星本身）的磁場，金星的極光呈現不同的形狀和強度，看起來是明亮但瀰漫的補丁，有時會分布在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側的大氣層。在2004年8月14日，火星快車號上的儀器SPICAM檢測到火星的極光。這道極光位於erra Cimmeria，東經177°，南緯52°，輻射區域大約寬30公里，高度在8公里左右。經由分析包括火星全球探勘者號過去的地殼磁場異常資料，科學家發現輻射的地區是相對來說是區域性的局部磁場最強的地區。這種相關性顯示，電子是通過火星地殼的磁力線與被激發的大氣層移動。
極光
拍攝到的木星極光
南歐洲天文台發表了在2000年11月拍攝到木星上極光的照片，和木星兩極上空的煙霧，這是科學家第一次清楚拍攝到木星兩極的情況。
木星（Jupiter）離地球（Earth）約六億一千萬公里，過去，科學家曾經利用太空總署（NASA）的哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope），拍攝到木星極光（aurora）的照片，不過，使用南歐洲天文台（European Southern Observatory）的紅外線（infrared）望遠鏡，科學家可以更清楚地觀察到木星極光和北極上空的煙霧。
科學家指出，極光是環繞木星的磁軸（magnetic axis），而這些煙霧，是環繞著木星的旋轉軸（rotation axis），是在極光環之下；煙霧是受到木星上的地帶風（zonal winds）影響，這些地帶風是在同一緯度（latitude）上移動的；科學家相信，木星以十小時一次的迅速自轉，也會影響兩極上空煙霧的移動。
極光
拍攝到的木星極光
對土星極光發射所做的一項新的研究，發現了一個二級極光卵形環（auroral oval），亮度是主極光卵形環的四分之一。主極光卵形環是十多年前首次在哈勃太空望遠鏡的圖像中看到的，此後其形態已被詳細確定，但關於其起源一直存在爭論。一種理論認為，它們是地球上所看到的極光卵形環（主要由與太陽風的相互作用形成）和木星上的極光卵形環（由與等離子流的相互作用形成）之間的一個混合結構。但土星二級極光卵形環的性質表明，它是木星主極光卵形環的一個弱對應體，它之所以相對較暗，是由於土星沒有一個像“木衛一”（有火山噴發活動）這樣的大型離子源。因此土星和木星上的極光形成過程是非常相似的，其外觀的差別是由比例尺差別造成的。
木星遠紫外線噴射最新觀測顯示，明亮的木星極光爆發很可能是由行星-衛星互動作用產生的，而不是受太陽活動性影響。研究小組指出，木星極光噴射揭示能量通過木星大磁氣圈傳輸和消散，然而主要的極光噴射是恆穩態行星旋轉的內部驅動，短暫的明亮發光通常被認為是外部太陽風受壓引發。Hisaki探測器和哈勃望遠鏡提供的證據表明，最新觀測到的明亮木星極光實際上是內部驅動所致。強烈噴射從木星極冠區域延伸至木衛一極光跡象附近的緯度，暗示著通過內部等離子循環過程，能量快速進入木星極地區域。
極光
木星極光爆發
木星觀測者知道這顆巨大行星經常出現極光，比地球極光明亮數千倍，並且覆蓋範圍是地球面積數倍，通常他們認為木星極光是太陽帶電粒子與木星磁場發生碰撞所產生的，也可能是由於木星和它的衛星單獨互動作用所致。
但是這些極光耀眼明亮周期類似於地球極光，沒有人能夠明確跟蹤分析究竟是哪一種原因導致的。木星和木衛一互動作用產生的極光現象，木衛一表面火山釋放帶電離子和電子云，進入木星周邊瀰漫強磁場的區域，這裡的磁場是地球磁場強度的數千倍。
伴隨著木星快速旋轉，木星磁場旋轉作用下牽引木衛一物質環繞其周圍，導致木星極地出現強電場。這種加速離子和電子產生強極光現象，幾乎照亮了電磁波譜所有部分，但不包括紫外線、X射線高能波譜帶。

補充資料

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，眾說紛紜，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，才逐步形成了極光的物理性描述。
極光
丹麥攝影師8月4日凌晨拍攝到的極光景觀
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系其他行星，如木星和水星，它們的周圍，也會產生極光，這已被實際觀察的事實所證明。
地磁場分布在地球周圍，被太陽風包裹著，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匯聚成束，聚焦到地磁的極區，極區大氣就是顯像管的螢光屏，極光則是電視螢幕上移動的圖像。但是，這裡的電視螢幕卻不是18英寸或24英寸，而是直徑為4000公里的極區高空大氣。通常，地面上的觀眾，在某個地方只能見到畫面的1/50。在電視顯像管中，電子束擊中電視螢幕，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，產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
丹麥攝影師8月4日凌晨拍攝到的極光景觀
極光不僅是個光學現象，而且是個無線電現象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無線電波。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，它還直接影響到無線電通信，長電纜通信，以及長的管道和電力傳送線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。
產生極光的原因是來自大氣外的高能粒子（電子和質子）撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發生在地球磁極周圍區域。作為太陽風的一部分荷電粒子在到達地球附近時，被地球磁場俘獲，並使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態的離子，這些離子發射不同波長的輻射，產生出紅、綠或藍等色的極光特徵色彩。在太陽活動盛期，極光有時會延伸到中緯度地帶，例如，在美國，南到北緯40度處還曾見過北極光。極光有發光的帷幕狀、弧狀、帶狀和射線狀等多種形狀。發光均勻的弧狀極光是最穩定的外形，有時能存留幾個小時而看不出明顯變化。然而，大多數其他形狀的極光通常總是呈現出快速的變化。弧狀的和摺疊狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯。極光最後都朝地極方向退去，輝光射線逐漸消失在瀰漫的白光天區。造成極光動態變化的機制尚示完全明了。在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極，從而導致帶電顆粒與地球上層大氣發生化學反應，形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區同樣可看到這��現象，一般稱之為北極光。
極光
極光圖片
科學家已經了解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。當太陽活動發生劇烈變化時（如耀斑爆發），常引起地球磁層亞暴。
現年40歲的琳達-德雷克（Linda Drake）在過去的4年中拍攝了眾多美輪美奐的北極光圖片。每年她都會冒著零下20度的低溫來到加拿大馬尼托巴省，以期能捕捉到最精彩的極光圖片。如圖右
這項研究是由美國加州大學洛杉磯分校的安吉羅波洛斯主持，其研究結果已於2007年12月9日在“美國地球物理聯合會”的學術會議中發表。
在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光，經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班克斯（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象。
2017年6月13日，日本國立極地研究所與東京大學、京都大學和名古屋大學的研究團隊宣布，利用高性能攝像機，歷時3年成功拍攝到高速閃爍的極光影像。短時間裡重複出現明暗閃爍的特殊極光是在氫離子作用下產生。外界期待此研究能進一步揭開極光發生之謎。

觀測記錄

當地時間2022年3月3日，冰島東南部維斯特拉霍恩山，當地天空現曼妙極光。
當地時間2022年3月14日，俄羅斯列寧格勒，絢爛極光點亮當地夜空。
據英國《獨立報》網站2022年4月13日報導，科學家在中國古代編年史中發現最早的極光記錄。
極光一般只在南北兩極的高緯度地區出現，但是2010年8月1日的太陽風暴恰好面向地球爆發，攜帶大量帶電粒子的太陽風準確無誤地“擊中”地球，與地球磁場相互作用產生“磁暴”，使美國密西根州、丹麥和英國等緯度稍低的地區都能夠看到美麗的北極光景觀。專家稱，這一次的太陽風暴並沒有像事先推測的那樣破壞全球的衛星和電信系統，卻給地球帶來一場壯麗的“焰火盛會”。
極光
極光
極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣（大於80km）時，與大氣中的原子和分子碰撞並激發，能量釋放產生的光芒形成圍繞著磁極的大圓圈，即極光。
極光最易出現的時期是春分和秋分兩個節氣來臨之前，且春秋兩季出現頻率更甚夏冬。這是因為在春分和秋分兩節氣時地球位置與“磁索”交錯最甚。另外，在太陽黑子多的時候或當太陽周期在日冕大量拋射增加和太陽風強度增強的階段時，極光出現的頻率和亮度也會增加。

現代觀點

許多科學家正在對極光作深入的研究。人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決於沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視螢幕，地球磁場為電子束導向磁場。科學家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。例如，通過極光譜分析可以了解沉降粒子束來源，粒子種類，能量大小，地球磁尾的結構，地球磁場與行星磁場的相互作用，以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等。
極光
極光圖片
極光雖然美麗，但是在地球大氣層中投下的能量，可以與全世界各國發電廠所產生電容量的總和相比。這種能量常常攪亂無線電和雷達的信號。極光所產生的強力電流，也可以集結在長途電話線或影響微波的傳播，使電路中的電流局部或完全“損失”，甚至使電力傳輸線受到嚴重干擾，從而使某些地區暫時失去電力供應。怎樣利用極光所產生的能量為人類造福，是當今科學界的一項重要使命。
電磁離子迴旋波是一種典型的微觀尺度波動，其常通過迴旋共振和帶電粒子相互作用，這種作用的結果之一就是導致空間中的帶電粒子沉降到地球大氣中，這些沉降粒子還可以通過後續的過程產生極光等現象。

產生原理

極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線（Field line）集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞並激發，產生光芒，形成極光。經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象，因此被稱為“北極光首都”。所以極光只能在地球的南北極被看見。
極光
極光
地球磁層磁力線攜帶太陽風的能量進入地球內部，進而驅動了地磁場的形成。在這磁層磁力線閉合環路上除了有地球內部的導電體之外，另外還有大氣層的電離層這一弱導電體。當太陽風強烈時，磁力線能量遇到地球內部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，於是就在電離層處形成了極光。

自然特徵

極光之美

極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。早在2000多年前，中國就開始觀測極光，有著豐富的極光記錄。極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比，在自然界中還沒有哪種現象能與之媲美。任何彩筆都很難繪出那在嚴寒的兩極空氣中嬉戲無常、變幻莫測的炫目之光。 極光有時出現時間極短，猶如節日的焰火在空中閃現一下就消失得無影無蹤；有時卻可以在蒼穹之中輝映幾個小時；有時像一條彩帶，有時像一團火像一張五光十色的巨大銀幕，仿佛上映一場球幕電影，給人視覺上以美的享受。如果我們乘著宇宙飛船，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空向地球望去，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。由於它們向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，時而向赤道方向伸展，時而又向極點方向收縮。處在午夜部分的光環顯得最寬最明亮。
極光
極光
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，而且顯示出鮮艷的紅色。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曲的圓弧狀的極光弧；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；五是沿磁力線方向的射線狀的極光芒。
極光
極光之美
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���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，以天空為舞台上演的一出光的話劇，上下縱橫成百上千公里，甚至還存在近萬公里長的極光帶。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，早已不能用五顏六色去描繪。說到底，其本色不外乎是紅、綠、紫、藍、白、黃，可是大自然這一超級畫家用出神入化的手法，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，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、漆黑寂靜的寒夜裡和荒無人煙的極區，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家的筆記中，描寫極光時往往顯得語竭詞窮，只好說些“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。

神奇聲音

北極光是指常出現於地球高緯度地區高層大氣中的發光現象，是太陽風與地球磁場相互作用的結果。北極光非常絢爛美麗，而伴隨北極光發生的，是一種很神秘的聲音。
一直以來，有關這種神秘的北極光聲音流傳著許多的傳說，也讓在荒野的人們感到恐懼和敬畏。
北極光發出的這種含混不清的爆裂聲的來源，終於首次在科學上得到了合理的解釋。
芬蘭阿爾托大學的科學家們發現了北極光神秘聲音的來源，這種聲音產生於距地面70米的空中。與此相比，由地球磁場干擾而產生的絢爛而變幻莫測的北極光，則是產生於距離地面120千米的高空。
為了找到聲音的來源，科學家們利用了三個互相獨立的麥克風，在觀測點記錄下了北極光的聲音。接著，科學家們對這些聲音進行對比分析，從而最終確定了北極光聲音的來源。當北極光在觀測點出現的同時，芬蘭氣象研究所也同步測量到了伴隨北極光產生了地磁干擾。
阿爾托大學的萊恩（Unto K. Laine）教授表示，“我們研究發現，在北極光出現期間，人們可以聽見一種伴隨極光自然產生的聲音。過去，我們認為極光離我們太遠，不可能會聽到極光發出的聲音，這種推斷沒有錯，但事實是，極光是由太陽產生的能量粒子干擾地球磁場而產生的，它們在很遠的天邊，伴隨極光的聲音也是由類似原因而產生，只不過產生這種聲音的地方離地面更近。”
有關北極光神秘聲音產生的具體原因仍然是一個迷，這種聲音並不是每次都會伴隨極光而來。從被記錄下來的聲音來看，這種聲音聽起來像是一種含混不清的爆裂聲，並往往只持續一小段時間。另外一些聽到過極光聲音的人把這種聲音描述為一種噼啪聲，並且感覺聲音的距離很遠。通過這些不同的描述，科學家們推測北極光聲音產生的背後可能有著若干不同的原理。

研究發展

觀測地點

大多數極光發生在地球上空90～130千米處。美國匹茲堡磁緯高，就比在北京看到極光的機會大多了。2004年11月7日晚，較強極光匹茲堡出現過。 肉眼能看出綠色，紅色。2003年11月20日傍晚，極光出現於匹茲堡南方地平線，一小時後消退。半夜時又發生於北方低空。2003年10月30日出在匹茲堡的極光，雖然是在光污染嚴重的市內，但仍能看到紅色的光芒。但有些極光要高得多。1959年，一次北極光 所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。
極光
極光
在地平線上的城市燈光和高層建築可能會妨礙我們看光，所以最佳的極光景象要在鄉間空曠地區才能觀察得到。美國的費爾班克斯一年有200多天能看到極光；而在佛羅里達州，一年平均只能見到4次左右。我國最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。18世紀中葉，瑞典一家地球物理觀象台的科學家發現，當該台觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現不規則的方向變化，變化範圍有1度之多。與此同時，倫敦的地磁台也記錄到類似的這種現象。由此他們認為，極光的出現與地磁場的變化有關。原來，極光是太陽風與地球磁場相互作用的結果。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，當它吹到地球上空，會受到地球磁場的作用。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊後所發出的光的前面色不一樣。例如氧被激後發出綠光和紅光，氮被激後發出紫色的光，氬激後發出藍色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。
科學家已經了解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。由於與日地空間行星際磁場的偶合作用，變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強度很弱的極尖區。因為電漿具“凍結”磁力線特性，所以，太陽風粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區進入地球磁尾。當太陽活動發生劇烈變化時（如耀斑爆發），常引起地球磁層亞暴。於是這些帶電粒子被加速，並沿磁力線運動。從極區向地球注入，這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使後者被激發——退激而發光。不同的分子，原子發生不同顏色的光，這些單色光混合在一起，就形成多姿多彩的極光。事實上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決於沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視螢幕。地球磁場為電子束導向磁場。極光的形成與太陽活動息息相關。逢到太陽活動極大年，可以看到比平常年更為壯觀的極光景象。
極光
極光
在許多以往看不到極光的緯度較低的地區，也能有幸看到極光。2000年4月6日晚，在歐洲和美洲大陸的北部，出現了極光景象。在地球北半球一般看不到極光的地區，甚至在美國南部的佛羅里達州和德國的中部及南部廣大地區也出現了極光。當夜，紅、藍、綠相間的光線布滿夜空中，場面極為壯觀。雖然這是一件難得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出現了絢麗的色彩，在許多地區還造成了恐慌。據德國波鴻天文觀象台台長卡明斯基說，當夜德國萊茵地區以北的警察局和天文觀象台的電話不斷，有的人甚至懷疑又發生毒氣泄漏事件。這次極光現象被遠在160公里高空的觀測太陽的宇宙飛行器ACE發現，並發出了預告。在台北時間4月7日凌晨零時三十分，宇宙飛行器ACE發現一股攜帶著強大帶電粒子的太陽風從它旁邊掠過，而且該太陽風突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時後，這股太陽風到達地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見的造化神工。

其它行星

木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場（木星在赤道的磁場強度是4.3高斯，相較之下地球只有0.3高斯），而且兩者也都有強大的輻射帶。哈勃太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光。在巨大氣體行星上的極光看起來與地球的相似，也是由太陽風提供能量，另外，木星的衛星，特別是埃歐，更是木星極光的能量來源。這些電流是沿著場線（場準直電流）涌生出的，肇因於衛星繞著行星公轉的相對運動，引起的發電機機制。有著火山活動和電離層的埃歐，是帶電粒子的強力來源，從1955年開始就在研究由它的電流所發射出來的電波輻射。使用哈柏太空望遠鏡也在埃歐、歐羅巴和甘尼米德上觀測到極光，當木星磁氣圈的等離子撞擊到它們稀薄的大氣層時，就會產生極光。在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內在（行星本身）的磁場，金星的極光呈現不同的形狀和強度，看起來是明亮但瀰漫的補丁，有時會分布在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側的大氣層。在2004年8月14日，火星快車號上的儀器SPICAM檢測到火星的極光。這道極光位於erra Cimmeria，東經177°，南緯52°，輻射區域大約寬30公里，高度在8公里左右。經由分析包括火星全球探勘者號過去的地殼磁場異常資料，科學家發現輻射的地區是相對來說是區域性的局部磁場最強的地區。這種相關性顯示，電子是通過火星地殼的磁力線與被激發的大氣層移動。
極光
拍攝到的木星極光
南歐洲天文台發表了在2000年11月拍攝到木星上極光的照片，和木星兩極上空的煙霧，這是科學家第一次清楚拍攝到木星兩極的情況。
木星（Jupiter）離地球（Earth）約六億一千萬公里，過去，科學家曾經利用太空總署（NASA）的哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope），拍攝到木星極光（aurora）的照片，不過，使用南歐洲天文台（European Southern Observatory）的紅外線（infrared）望遠鏡，科學家可以更清楚地觀察到木星極光和北極上空的煙霧。
科學家指出，極光是環繞木星的磁軸（magnetic axis），而這些煙霧，是環繞著木星的旋轉軸（rotation axis），是在極光環之下；煙霧是受到木星上的地帶風（zonal winds）影響，這些地帶風是在同一緯度（latitude）上移動的；科學家相信，木星以十小時一次的迅速自轉，也會影響兩極上空煙霧的移動。
極光
拍攝到的木星極光
對土星極光發射所做的一項新的研究，發現了一個二級極光卵形環（auroral oval），亮度是主極光卵形環的四分之一。主極光卵形環是十多年前首次在哈勃太空望遠鏡的圖像中看到的，此後其形態已被詳細確定，但關於其起源一直存在爭論。一種理論認為，它們是地球上所看到的極光卵形環（主要由與太陽風的相互作用形成）和木星上的極光卵形環（由與等離子流的相互作用形成）之間的一個混合結構。但土星二級極光卵形環的性質表明，它是木星主極光卵形環的一個弱對應體，它之所以相對較暗，是由於土星沒有一個像“木衛一”（有火山噴發活動）這樣的大型離子源。因此土星和木星上的極光形成過程是非常相似的，其外觀的差別是由比例尺差別造成的。
木星遠紫外線噴射最新觀測顯示，明亮的木星極光爆發很可能是由行星-衛星互動作用產生的，而不是受太陽活動性影響。研究小組指出，木星極光噴射揭示能量通過木星大磁氣圈傳輸和消散，然而主要的極光噴射是恆穩態行星旋轉的內部驅動，短暫的明亮發光通常被認為是外部太陽風受壓引發。Hisaki探測器和哈勃望遠鏡提供的證據表明，最新觀測到的明亮木星極光實際上是內部驅動所致。強烈噴射從木星極冠區域延伸至木衛一極光跡象附近的緯度，暗示著通過內部等離子循環過程，能量快速進入木星極地區域。
極光
木星極光爆發
木星觀測者知道這顆巨大行星經常出現極光，比地球極光明亮數千倍，並且覆蓋範圍是地球面積數倍，通常他們認為木星極光是太陽帶電粒子與木星磁場發生碰撞所產生的，也可能是由於木星和它的衛星單獨互動作用所致。
但是這些極光耀眼明亮周期類似於地球極光，沒有人能夠明確跟蹤分析究竟是哪一種原因導致的。木星和木衛一互動作用產生的極光現象，木衛一表面火山釋放帶電離子和電子云，進入木星周邊瀰漫強磁場的區域，這裡的磁場是地球磁場強度的數千倍。
伴隨著木星快速旋轉，木星磁場旋轉作用下牽引木衛一物質環繞其周圍，導致木星極地出現強電場。這種加速離子和電子產生強極光現象，幾乎照亮了電磁波譜所有部分，但不包括紫外線、X射線高能波譜帶。

補充資料

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，眾說紛紜，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，才逐步形成了極光的物理性描述。
極光
丹麥攝影師8月4日凌晨拍攝到的極光景觀
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系其他行星，如木星和水星，它們的周圍，也會產生極光，這已被實際觀察的事實所證明。
地磁場分布在地球周圍，被太陽風包裹著，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匯聚成束，聚焦到地磁的極區，極區大氣就是顯像管的螢光屏，極光則是電視螢幕上移動的圖像。但是，這裡的電視螢幕卻不是18英寸或24英寸，而是直徑為4000公里的極區高空大氣。通常，地面上的觀眾，在某個地方只能見到畫面的1/50。在電視顯像管中，電子束擊中電視螢幕，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，產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
丹麥攝影師8月4日凌晨拍攝到的極光景觀
極光不僅是個光學現象，而且是個無線電現象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無線電波。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，它還直接影響到無線電通信，長電纜通信，以及長的管道和電力傳送線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。
產生極光的原因是來自大氣外的高能粒子（電子和質子）撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發生在地球磁極周圍區域。作為太陽風的一部分荷電粒子在到達地球附近時，被地球磁場俘獲，並使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態的離子，這些離子發射不同波長的輻射，產生出紅、綠或藍等色的極光特徵色彩。在太陽活動盛期，極光有時會延伸到中緯度地帶，例如，在美國，南到北緯40度處還曾見過北極光。極光有發光的帷幕狀、弧狀、帶狀和射線狀等多種形狀。發光均勻的弧狀極光是最穩定的外形，有時能存留幾個小時而看不出明顯變化。然而，大多數其他形狀的極光通常總是呈現出快速的變化。弧狀的和摺疊狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯。極光最後都朝地極方向退去，輝光射線逐漸消失在瀰漫的白光天區。造成極光動態變化的機制尚示完全明了。在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極，從而導致帶電顆粒與地球上層大氣發生化學反應，形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區同樣可看到這一現象，一般稱之為北極光。
極光
極光圖片
科學家已經了解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。當太陽活動發生劇烈變化時（如耀斑爆發），常引起地球磁層亞暴。
現年40歲的琳達-德雷克（Linda Drake）在過去的4年中拍攝了眾多美輪美奐的北極光圖片。每年她都會冒著零下20度的低溫來到加拿大馬尼托巴省，以期能捕捉到最精彩的極光圖片。如圖右
這項研究是由美國加州大學洛杉磯分校的安吉羅波洛斯主持，其研究結果已於2007年12月9日在“美國地球物理聯合會”的學術會議中發表。
在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光，經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，阿拉斯加的費爾班克斯（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現象。
2017年6月13日，日本國立極地研究所與東京大學、京都大學和名古屋大學的研究團隊宣布，利用高性能攝像機，歷時3年成功拍攝到高速閃爍的極光影像。短時間裡重複出現明暗閃爍的特殊極光是在氫離子作用下產生。外界期待此研究能進一步揭開極光發生之謎。

觀測記錄

當地時間2022年3月3日，冰島東南部維斯特拉霍恩山，當地天空現曼妙極光。
當地時間2022年3月14日，俄羅斯列寧格勒，絢爛極光點亮當地夜空。
據英國《獨立報》網站2022年4月13日報導，科學家在中國古代編年史中發現最早的極光記錄。

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