【星空美图】舞动的精灵——地球的极光②

来源：光明网2019-06-03 17:26

　　上篇我们介绍了极光的前世今生，并知道了极光为什么会是黄绿色或紫红色，今天就来和大家聊一聊观看极光的正确姿势~

　　极光的形态和分布

　　极光被视为自然界中最漂亮的奇观之一。早在2000多年前，中国就开始观测极光，有着丰富的极光记录。极光多种多样，五彩缤纷，形状不一，绮丽无比，在自然界中还没有哪种现象能与之媲美。任何彩笔都很难绘出那在严寒的两极空气中嬉戏无常、变幻莫测的炫目之光。

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图1 冰岛上空的龙形极光。图中的绿色极光像一条巨大的飞龙在空中盘旋，尽管真实的龙并不存在，但是我们可以通过这壮丽的极光想象飞龙在天的情景。张敬宜2019年2月摄于冰岛黄金圈瀑布图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap190218.html

　　极光有时出现时间极短，犹如节日的焰火在空中闪现一下就消失得无影无踪；有时却可以在苍穹之中辉映几个小时；有时像一条彩带，有时像一团火，像一张五光十色的巨大银幕，仿佛上映一场球幕电影，给人视觉上以美的享受。

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图2 冰岛上空的凤凰极光。背景中的黑尔加福尔山、卡尔德河都位于冰岛首都雷克雅未克以北30公里处。经验丰富的天文观察者会注意到，在山的正上方左边是猎户座，昴星团也在画面中心的正上方可见。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap160316.html

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图3 绚丽的南极光。图中央的卫星地面站好像凝视着天空中梦幻般的场景。天空中还有两个明亮的河外星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，小小的麦哲伦云透过微弱的红色极光带闪耀。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap140531.html

　　如果我们乘着宇宙飞船，越过地球的南北极上空，从遥远的太空向地球望去，会见到围绕地球磁极存在一个闪闪发亮的光环，这个环就叫做极光卵。由于它们向太阳的一边有点被压扁，而背太阳的一边却稍稍被拉伸，因而呈现出卵一样的形状。极光卵处在连续不断的变化之中，时明时暗，时而向赤道方向伸展，时而又向极点方向收缩。处在午夜部分的光环显得最宽最明亮。

　　极光的光谱线范围约为3100～6700埃，其中最重要的谱线是5577埃的绿色的氧发射线，称为极光绿线。极光有帷幕状、弧状、带状以及射线状等多种形状。其中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；而大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化，并最终朝地极方向消失褪去。大多数极光出现于地球上空90-130千米处,但有些极光要高得多，高度可达560-1000千米以上。

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图4 拉普兰的北极光。北半球的早春是拍摄极光的好季节。在春分时节，地球磁场的方向有利于与太阳风的相互作用，从而触发北极光的迷人光芒。在这张360度全景图中，拍摄到了广阔的极光幕，闪烁的极光有着肉眼可以清晰捕捉到的色彩。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap160408.html

　　何时何地可以看到美妙的极光？

　　地球磁场会引导绝大部分太阳风中的高能粒子“绕道而行”，但有少数会随着磁力线落到地球的两极“漏斗”区域，因此极光往往出现在纬度靠近地磁极附近的高纬地区。在大约离磁极25°～30°的范围内常出现极光，这个区域称为极光区。在地磁纬度45°～60°之间的区域称为弱极光区，地磁纬度低于45°的区域称为微极光区。

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图5 极光全景图。拍摄于在2017年9月27日加拿大阿尔伯塔省南部，绿色和红色的极光沿着北部(顶部)地平线向天空扩散。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap171014.html

　　通常在中低纬度地区是看不到极光的，然而在太阳活动盛期，极光有时也会延伸到中纬度地带，太阳每11年左右有一个非常活动期，抛出大量高能粒子进入宇宙空间，此时出现的极光最为瑰丽壮观。先秦古籍《竹书纪年》中就有这样的记载：“周昭王末年，夜有五色光贯紫微。其年，王南巡不返。” 生活在黄河流域的先民是否真的经历了如此强烈的爆发，抑或只是司天太史的穿凿附会？

　　太阳的活动以11年为周期，我们可以在现代的记录中寻找佐证。1898年9月9日，欧洲发生了极光暴，连罗马都看见了血红的天光。而1989年3月13日的魁北克极光暴甚至延伸到了佛罗里达和古巴，那么在西安看到极光也不是没有可能。

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图6 淡淡的银河与极光交相呼应王征2018年2月摄于冰岛蝙蝠山

　　由于地平线上的城市灯光和高层建筑都会妨碍我们的视线，所以极光的最佳观测地点是在高纬度地区乡间的空旷地带。在中国，能够有机会一睹极光风采的地方只有北极村。

　　北极村是中国黑龙江省漠河县最北的村镇，同时也是中国最北的城镇、距离北极最近的地方。北极光虽然一年四季都有可能出现，但最佳观测时间是在每年冬至前后的夜晚。因为此时漠河常会出现万里晴空的天气，北极与漠河之间没有云层阻隔，便可以看到壮观至极的北极光了。而且此时北极正处在极夜之中，能看到极光的几率也就大大增加。虽然极光白天也会出现，但因白天阳光亮度大，极光亮度小，不易看到。

　　最有希望看到北极光的地区，包括阿拉斯加北部、加拿大北部、格陵兰岛大部分、斯堪的纳维亚半岛北部以及俄罗斯北部。在太阳活动活跃、太阳风较强的时候，中国的漠河也有很小的可能性看到极光的尾巴。

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图7 阿拉斯加极光序列。拍摄于2013年12月7日阿拉斯加费尔班克斯郊外的埃斯特附近，图中从左到右，跨越了大约30分钟的时间，极光以弧状的形式延伸到100多公里的高度。这一系列图片垂直跨越了150度，覆盖了大约500公里的极光。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap131228.html

　　阿拉斯加的费尔班克斯一年之中有超过200天的极光现象，因此被称为“北极光首都”。而冰岛由于整个国家都在极光带上，也是北半球受欢迎的观测极光地点。南极光与北极光是同时变化的（可视为北极光的镜像）。在高纬度的南美洲、澳大利亚、新西兰和南极洲可以看见南极光。

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图8 南极光。2015年7月，在地球南极的上空，出现了强烈闪烁的光芒在夜空中翩翩起舞，这并不是烟花，而是令人惊叹的南极光。在地平线周围是南极天文台，而在南极光的另一边则是南银河系的恒星。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap150704.html

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图9 瑞典上空旗帜状的极光。图中的彩色极光像一面50公里高的带状旗帜。这张照片拍摄于瑞典的基律纳上空，其特征是异常笔直的极光幕，绿色极光在地球大气层中较低的地方散发出来，红色极光在高几公里的地方散发出来，图中还出现了极为罕见的紫色极光。图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap150330.html

　　9月到次年3月是北极光的最佳观测时间，而3月到9月则可以在南半球继续追光。为了便于追光，提前查看当天的极光指数就显得尤为重要。AuroraService（网址：http://www.aurora-service.eu/aurora-forecast/）是知名度较高的一个极光预测网站，统计数据来源是美国国家航空航天局（NASA），网站每60秒会更新一次数据。网站会给出彼时及前些时候的Kp值，一般而言，当Kp值到达3及以上时，观测者才会有机会在极光带覆盖的区域内用肉眼看见极光。

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图10 极光下壮观的赛里雅兰瀑布。2016年4月拍摄于冰岛南部图片来源：https://apod.nasa.gov/apod/ap160404.html

　　当然了，从AuroraService网站上还可以实时查询太阳风量、“极光卵”覆盖范围、以及未来三天的Kp值预测，方便小伙伴们根据极光强弱调整行程。假如你想了解极光预测范围是30分钟内的，可以查看SWPC.NOAA（网址: http://www.swpc.noaa.gov/products/aurora-30-minute-forecast），它是美国国家海洋和大气管理局的太空气象预测中心的网站，也几乎是所有极光预测网站的数据来源。如果这些还不够，可以在手机上装个APP（Auroral Forecast），这个APP通过北极圈分布的几个观测站点每一小时更新一次极光的覆盖区域、强度Kp值和持续时间。结合极光带的覆盖范围，很容易就能选出观赏极光的地点。

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