奇妙之光

    如果我们身处靠近地球两极地区，在夜晚会经常可以看到天空中这样的一幕壮丽的场景——闪烁着并移动着的色彩光带。它有时如一团火焰，有时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒，我们把这种壮丽动人的景象称之为极光。

    极光最常见颜色是绿光，有时也会出现紫光，并夹杂着蓝光和红光。这种灿烂美丽的光辉形状多种多样，一般呈带状、弧状、幕状或发射状。并且这种形状时而稳定，时而连续变化。

    其实早在远古时期，关于极光，在史书上都留下了许多的记载，但那时不叫极光，而是根据极光不同的形状分别称为“天狗”“刀星”“开天眼”“星陨如雨”等，而且它们大部分都散落在史书的星象、妖星、异星、流星、祥云的记载中。比如在古书《山海经》中就有对极光的记载。

    在书中有一段对一个神仙的描述 ，这个神仙名叫触龙，它的外貌： “人面蛇身， 赤色 ，身长千里，钟山之神也 。”也就是说，他的外貌像一条红色的蛇 ，能在夜空中闪闪发光 ，这里所提到的触龙 ，实际上就是极光 。

    从很久以前，极光就被看作是自然界中最漂亮的奇观之一。在过去相当长的一段时间内，人们一直认为极光的形成有可能是由以下三种原因所造成：

    第一种可能： 极光有可能是在地球外所燃起的大火，因为南北两极靠近地球的边缘，所以我们在两极附近能看到这种大火，也就是极光；

    第二种可能：极光有可能是太阳落山以后，通过从大气层透射反照出来的光；

    第三种可能：因两极地区冰封雪地，所以它们能在白天吸收些阳光，加以储存，到夜晚释放出来，形成极光。

    显然这些解释缺乏科学道理，而现代科学研究表明：

    极光实际上是地球周围的一种大规模放电过程。在这一放电过程中，从太阳喷发出来的高速带电粒子流（通常称为太阳风），这些带电粒子流到达地球附近时，地球磁场迫使其一部分粒子流沿着地球磁力线集中到南北两极。当它们进入极地的高层大气层时，就会通过碰撞激发，激活大气层中的分子和原子，产生光芒，从而形成的一种大气发光的光学现象。

    所以我们说，极光一方面与地球高空大气与地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳所喷发出来的高速带电粒子流有关。

    大家看看，极光形成的科学原理是不是与以前老式的显像管电视机（CRT电视机）的成像原理非常相似。可以这样说：极光就像是一台地球那么大的显像管电视机所呈现给我们的一幅美丽图画。为什么这么讲呢？

    我们首先来看看显像管电视机是如何工作的？显像管电视机的成像原理简单地说就是电视机通电后，通过电子枪反射出电子束，打在屏幕上，从而使屏幕上的荧光物质发光，产生人眼可以看见的图像。

    相对于极光来说，太阳就是能发射电子束的电子枪，电子枪发射出的高能带电粒子就是太阳风粒子流，而地球上的高层大气就像是电视机的屏幕，高能粒子撞击高层大气中的分子和原子，就会发生肉眼看得见的极光。

    用一个简单的对应关系来描述，就是：

    太阳——电子枪

    电子束——太阳风粒子流

    电视屏幕——极区大气层

    既然极光是一种自然物理现象，那么它的发生必然要具备一些特殊的条件，这个条件概括起来，共有三条；要有大气；要有磁场；要有太阳风。三者缺一不可，缺一都不能出现极光。所以，极光一般出现在地球磁纬度在正负60度至80度的范围内，而我国南极中山站的地磁纬度是－74.5度，刚好处于观测南极极光的最佳位置，所以如果大家想看一看壮丽的极光，不妨亲自到南极去一睹她的芳容。

    （作者系合肥工业大学博士）