极光现象及其物理分析

对高能带电粒子流的微观分析

然而，这种现象还可以有这样一种“有趣” 的解释：将高能带电粒子看做“电子束”， 而高空中的大气看做“荧光屏”，我们惊 奇的发现种现象俨然成了一台大的电视机 模型；“电子束”发射后在打一块“荧光 屏”上，“荧光屏”发光。这样的解释更 直观的解释了极光为什么会“五颜六色”？
P= V
对高能带电粒子流的微观分析

然而，从电容器中当电介质内的场强超过某一极 限值时，绝缘性能就被破坏这一现象类比推理可 得：高能带电粒子产生的场强以及快速接近的距 离足以让让大气中的无极分子和有极分子所处的 场强在一极短时间内快速达到并超出击穿场强， 电子被激发到高能级。然而过于拥挤的环境及原 子核的束缚力又让电子回到低能级（其实并不一 定是回到它自己之前所在的原子核上）发光现象 就在这一刻产生。
谢谢大家
我们自己的联想
既然地球两极的磁场可以通过地磁场发出 美丽的极光，那么我们的想法是：可不可以通 过在中国的某一块土地上放一块很大且可以产 生很强电磁场的磁体来让极光”眷顾“我们这 个地方，如果可以的话，需要多大的磁体呢？ 放在哪里所需要的磁体可以尽可能的小呢？ 以后我们的太空飞船飞出太阳系的时候可 不可以用一块很大的磁铁来阻止宇宙射线的照 射呢？
木星上的极光
木星上的极光
木星上的极光
极光产生原理

许多世纪以来，这一直是人们猜测和探索的天象之谜。从前，爱斯基 摩人以为那是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时，人们则认 为那是格陵兰冰原反射的光。到了17世纪，人们才称它为北极光—— 北极曙光（在南极所见到的同样的光称为南极光）。 极光（Polar aurora）出现于地球的高磁纬地区上空。是一种绚丽多 彩的发光现象。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。另外，在太阳黑子多的 时候，极光出现的频率也大。 极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达 地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当 他们进入极地的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，产 生光芒，形成极光。
对高能带电粒子流的微观分析

首先，对高能带电粒子来说，在运动到 地磁场的作用范围内时，因为地磁力对粒 子的偏转作用，粒子绕地磁场的场线旋转， 逐渐逼近地磁场的两极，因而高能电子与 高层大气的碰撞发生在地磁场的两极
对高能带电粒子流的微观分析
这里我们从极化的角度来分析 一下：
如图，我们将高能带电粒子流 中速度相同的粒子看做参考系，那 么高空中的电介质（其中大多数是 无极分子）向带电粒子做高速运动， 就某一瞬时来看，无极分子发生位 移极化，正负电子的“重心”不再 重合，于是在分子之间产生极化场， 其中 pi
满月当空：挪威洛夫腾，满月和极光交相辉映，2010年3月
极光的产生

极光（Aurora或Polar light或Northern light）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。而地球的极光，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。极光产生的条件有 三个：大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一 不可。极光不只在地球上出现，太阳系内的其他 一些具有磁场的行星上也有极光。
对高能带电粒子流的微观分析

即氧被激后发出绿光和红光，氮被激后 发出紫色的光，氩激后发出蓝色的光，就 像电视的光束只有红、绿、蓝三种颜色一 样，空气中混合的各种气体为我们呈现出 了各种各样迷人的色彩（这里我们想到一 个问题：大气组成的各个时间是基本相同 的，为什么大多时间这些气体发出的光所 混合成的颜色不同？）
极光
Байду номын сангаас
对极光产生的现象及其原因的若干 讨论
明亮夜空：2月19日，摄影师卡斯汀·朗恩伯格（Kerstin Langenberger）在 冰岛拍摄了这张满月下的北极光照片
宛若仙境：镜头下，冰岛的辛格维尔国家公园白雪覆盖，夜空中极光缤纷，在这绿 色和紫色的天空帷幕下，一切宛若仙境
水中倒影：这张照片拍摄于挪威洛夫腾（Lofoten），时间是2010年3月

对极光现象的推衍
推衍

高能带电粒子流、高空大气、地磁场的关 系可以看成如下所示： 高能带电粒子
极化场强
高空大气
地磁场
推衍

对宇宙空间中高能带电粒子流的分析同 时可以让我们更深刻的认识地磁场对我们 生活的深刻影响。为什么人类可以健康的 生活在地球上而不受紫外线等有害射线的 干扰？为什么似乎跟我们的生活毫无干系 的太阳风能让我们的通讯几乎完全瘫痪？ 然而，对于致力于奔向外太空的人类来说， 这些粒子射线就是我们要过的第一道槛。