产生极光的原因

产生极光的原因

安全工程学院地质B121 曹宇朋 201210064115

摘要:极光是南北极一种特有的发光现象,他的神秘瑰丽给人们留下无尽的憧憬和遐想,极光现象的产生往往伴随着大气与地磁场的相互作用以及太阳运动喷射出的高速带点粒子流与大气层的相互碰撞,作为频繁发生的自然现象,如何对其中的能量进行开发利用以及从中获利仍然是一个等待人们解决的问题。

关键词:极光;地磁场;太阳风;太阳风暴

1.什么是极光现象

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。它轻盈地飘荡，同时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。这种壮丽动人的景象就叫做极光。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。

2.从古至今人们对极光现象的探索

极光是怎么产生的呢？许多世纪以来，人们探索其成因的脚步一直都未停止，在中国有付宝看到天空中瑰丽壮观的极光儿怀孕生下黄帝轩辕氏的传说，在希腊神话中被神话成古希腊神泰坦的女儿。爱斯基摩人认为极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬，原住民则视极光为神灵现身，深信快速移动的极光会发出神灵在空中踏步的声音，将取走人的灵魂，留下厄

运。

随着时代的发展，人们试图用各种理论解释极光的

成因，但都不尽人意。

2.1本杰明·佛兰克林（Benjamin Franklin）的理论：

神奇的北极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和

其他的湿气作用造成的。但显然冰晶和湿气的折射带有

偶然性，无法完成这样伟大而频繁的工程。

2.2极光的电子来自太阳发射的光束图1美丽的极光

这是克利斯蒂安柏克兰在1900年提出的说法，她在实验室用真空室和磁化的地球模型，显示电子是如何被引导至极区。这个模型的问题包括本身缺乏在极区的极光、负电荷本身自行散射这些光束、而且仍然缺乏任何太空中的观测证据。

2.3破水桶理论：

极光是溢流出的辐射带，这是詹姆斯·范艾伦和工作伙伴大约在1962年首先提出的。他们指出在辐射带内获得的巨大能量很快就会在极光的漫射中耗尽。不久之后，很明显地，陷在辐射带内的都是高能的带正电离子，而在极光内几乎都是能量较低的电子。

2.4光是太阳风中的粒子被地球的场线引导至大气层顶端造成的

这适用于极光的尖点，但在尖点之外，太阳风没有直接的作用。另一方面，太阳风的能量主要都留驻在带正电的离子，电子只有0.5eV，而在尖点上会上升至50～100eV，这仍然远低于极光的能量。

3.极光现象的成因

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。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"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。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。地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光。

1890年，挪威物理学家柏克兰认为，离地球1.5亿千米的太阳几乎连续不断地向地球放射物质点。而离地球5万千米至6.5万千米以外有一层磁场将地球罩住，当太阳的质点直射这层磁场而被挡住时，它便向地球四周扩散，寻找钻入的空隙，结果约有1％的质点钻入北磁极附近的质点。每颗太阳质点含有等于1000伏特的电力。它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇，原子吸收了太阳质点所含的一部分能量时，立即又将这能量释放出来而产生极强的光，氧发出绿色和红色的光，氮则发出紫、蓝和一些深红色的光。这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象。

4.极光现象的危害及研究前景

极光不仅仅代表着美丽，由于太阳运动产生的大量带电粒子使得极光现象往往伴随着太阳风在大气层中投射出大量的能量。这些能量不仅会对地磁场产生改变，对人类的生产生活产生干扰，但其中也蕴藏着的大量能源。如何利用这些能源至今仍然是科学家们不断探求的课题。

图2美丽的极光

目前，许多科学家正在对极光作深入的研究。人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻，可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕，地球磁场为电子束导向磁场。科学家从这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。例如，通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源，粒子种类，能量大小，地球磁尾的结构，地球磁场与行星磁场的相互作用，以及太阳扰乱对地球的影响方式与程等。极光不但美丽，而且在地球大气层中投下的能量，可以与全世界各国发电厂所产生电容量的总和相比。这种能量常常搅乱无线电和雷达的信号。极光所产生的强力电流，也可以集结在长途电话线或影响微波的传播，使电路中的电流局部或完全“损失”，甚至使电力传输线受

到严重干扰，从而使某些地区暂时失去电力供应。怎样利用极光所产生的能量为人类造福，

是当今科学界的一项重要使命。

参考文献:

1. 管志宁. 地磁场与磁力勘探[M]. 北京：地质出版社66-68

2.沈长寿资民筠王劲松徐寄遥刘顺林.关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性[J] 《地球物理学报》2006年第六期14-18