为什么南极光与北极光不同?

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参考消息网2月16日报道美媒称,耀眼的绿光和红光经常会在地球南北极上空的夜空中闪烁。几十年来,科学家们一直认为,当这两个地区的极光同时闪烁时,其模式会相互映射。但2009年,他们发现情况并非如此。这令他们大吃一惊,不明白这是怎么回事。现在,来自挪威、德国和美国的一个研究小组找到了原因:一个狂暴的太阳。

在地球南北两极附近地区的高空,夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带,有时它像一团火焰,有时它又像一张五光十色的巨大银幕。它轻盈地飘荡,同时忽暗忽明,发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气。这种壮丽动人的景象就叫做极光。

据《科学美国人》网站2月13日报道,地球产生的磁场就像是一根磁力棒从南极穿过地核抵达北极。磁力线从两极向外弯曲,远远超出大气层,最外部的磁力线形成了环绕地球的磁泡边界。这个磁层阻挡了从太空飞向地球的带电粒子。当太阳释放出的带电粒子突破磁层时,就会产生极光。这些粒子沿地球的磁力线加速进入冰冷的极地地区。当这些粒子进入大气层时,与原子和分子碰撞,释放出将天空照亮的彩色光子。

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当磁力线对称地绕行地球时,极光应出现在南北半球相同的地方。而且,如果人们能同时看到南北两极的极光,那么它们看起来也应该几乎是一样的。但是,据密歇根大学的磁层研究员阿龙·里德利说,这种情况实际上“相当罕见”。里德利没有参与这项新研究。

人们知道极光至少己有2000年了,因此极光一直是许多神话的主题。在中世纪早期,不少人相信,极光是骑马奔驰越过天空的勇士。在北极地区,因纽特人认为,极光是神灵为最近死去的人照亮归天之路而创造出来的。随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所知,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。

这是因为太阳也有强大的磁场。它改变了地球的磁力线,挤压地球朝向太阳一侧的磁力线,拉长地球背向太阳一侧的磁力线,从而形成一条磁尾。其结果是,地球磁场轮廓看起来有点像一只家蝇——其圆形头部朝向太阳,其拉长的身体和尾巴则指向远端。

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极罕见的情况下,太阳的磁极会与地球的磁极完美吻合。但大多数时候,太阳和地球的磁极都会发生倾斜,从而使地球的磁场轮廓变得像一只带有弯曲尾巴的家蝇。起伏不定的太阳风使得这只家蝇的尾巴发生“摇摆”,破坏并重新形成新磁力线,描述这种情况的术语是磁力线“重联”事件。科学家认为,正是这些重联事件使得南北两极的极光有所不同。但挪威卑尔根大学的太空科学家尼古拉·斯特高和他的同事对这个想法进行了检测,发现它是错误的。他们发现了导致极光差异的另一个原因:太阳磁场以不均匀的方式挤压地球磁场。他们还展示了尾部带电粒子的亚暴可以消除不均匀挤压的影响,从而消除南北两极极光不匹配的现象。

产生极光的原因是来自大气外的高能粒子撞击高层大气中的原子的作用。这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。现在所知,作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时,被地球磁场俘获,并使其朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞,击走电子,使之成为激发态的离子,这些离子发射不同波长的辐射,产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩。在太阳活动盛期,极光有时会延伸到中纬度地带,例如,在美国,南到北纬40度处还曾见过北极光。极光有发光的帷幕状、弧状、带状和射线状等多种形状。发光均匀的弧状极光是最稳定的外形,有时能存留几个小时而看不出明显变化。然而,大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化。弧状的和折叠状的极光的下边缘轮廓通常都比上端更明显。极光最后都朝地极方向退去,辉光射线逐渐消失在弥漫的白光天区。造成极光动态变化的机制尚示完全明了。
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为”太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流,该太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场,磁场使该颗粒流偏向地磁极,从而导致带电颗粒与地球上层大气发生化学反应,形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象,一般称之为北极光。
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该研究小组对2001年至2005年间航天器拍摄到的南北半球同时出现的10对极光的图像进行了研究。极光开始于地球上的非对称位置。例如,2002年11月15日,南极光在北极光以西闪现。但是,随着极光的不断演变,它们的位置发生了迁移,变得更为对称。这种迁移与亚暴同时发生。

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