撰文/解思梅

神奇炫舞飄逸之光

撰文/解思梅

極光是人類(lèi)用肉眼唯一能夠看到的超高層大氣物理現(xiàn)象，是自然界的最大奇跡。通常人們對(duì)南北極的印象是一片白茫茫的冰雪天地，在那里充滿(mǎn)了美麗雄偉壯觀千姿百態(tài)奇異的冰山、白色寒冷的冰洋景觀。其實(shí)，南北極的夜空中充滿(mǎn)了色彩，數(shù)十萬(wàn)米的高空上炫舞著一種神奇之光，可以把人類(lèi)的思維帶入到一個(gè)五光十色的奇美世界，它飄逸在極地廣袤蒼穹之中，這就是自然界中的最大奇跡—— 極光。極光用斑斕的色彩裝點(diǎn)著寂寞孤獨(dú)的冰雪世界。

圖1. 歐美人曾一度堅(jiān)持極光是格陵蘭島冰原的反射光。

圖2. 為什么極光會(huì)五顏六色、炫舞奪目，是因?yàn)榇髿鈱又兴臍怏w成分不同而形成的。與氮?dú)夥肿酉嘧舶l(fā)出紫羅蘭色和深紅色光。

圖3. 億萬(wàn)年來(lái)，極光在地球的上空炫舞閃爍，卻是一段在引導(dǎo)人類(lèi)文明探索的歷程。

極光的謎底在自然科學(xué)發(fā)展的長(zhǎng)河中有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間并沒(méi)有被揭開(kāi)。

自有文字記載以來(lái)，極光一直是人類(lèi)猜測(cè)和探索之謎，中國(guó)神話(huà)曾描繪為大熊星座飄灑出的神奇之光，環(huán)繞在北斗星周?chē)?，誕生黃帝軒轅氏的故事。2000多年前的《山海經(jīng)》中形容極光為“觸龍”。人面蛇身，身長(zhǎng)千里，是鐘山之神。北極的土著居民愛(ài)斯基摩人則認(rèn)為極光是引導(dǎo)靈魂進(jìn)入天堂的火炬。歐美人曾一度堅(jiān)持極光是格陵蘭島冰原的反射光。直到17世紀(jì)，這種自然界的神光才被人們賦予正式的名字——極光。

極光的謎底在自然科學(xué)發(fā)展的長(zhǎng)河中有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間并沒(méi)有被揭開(kāi)，早期認(rèn)為極光是濃密帶電粒子與極區(qū)的雪和濕氣作用而形成的說(shuō)法。無(wú)論是古老神話(huà)中所滲透的蒙昧無(wú)知，還是人類(lèi)對(duì)極光最初的科學(xué)探索中所表現(xiàn)的稚嫩，億萬(wàn)年來(lái)，極光在地球的上空炫舞閃爍，卻是一段在引導(dǎo)人類(lèi)文明探索的歷程。

五顏六色極光的成因就是太陽(yáng)射出的大量帶隊(duì)微粒以高速射進(jìn)地球外圍的高層大氣層中稀薄氣體的原子和分子劇烈碰撞發(fā)出的光。發(fā)光的原理與通常日光燈發(fā)光的原理一樣。就是高能粒子撞擊到大氣分子發(fā)出來(lái)的光。至于為什么極光會(huì)五顏六色、炫舞奪目，是因?yàn)榇髿鈱又兴臍怏w成分不同而形成的。從太陽(yáng)射出的導(dǎo)電粒子流與不同成分的氣體分子相撞時(shí)，氣體分子會(huì)吸收帶電粒子的部分能量，同時(shí)又將能量釋放出來(lái)，進(jìn)而產(chǎn)生不同顏色的光。與氧氣分子相撞發(fā)出綠色和紅色光；與氮?dú)夥肿酉嘧舶l(fā)出紫羅蘭色和深紅色光；與氖氣分子相撞發(fā)出粉紅色光；與氬氣分子相撞發(fā)出藍(lán)光；與氦氣分子相撞發(fā)出黃色光。與其他成分的氣體分子相撞也是各成其色。

極光的顏色還與帶電粒子自身的波長(zhǎng)以及它們與氣體分子碰撞的空間高度、強(qiáng)度能量和數(shù)量都有關(guān)。極光主要是以紅綠二色為主。因?yàn)榇髿饨M成的成分主要是氮?dú)夂脱鯕?。所以，相比之下與其他成分的氣體分子有更多的相撞機(jī)會(huì)。我們看到的黃綠光會(huì)比紫色光的頻率要高一些，紅色光通常比黃綠光的頻率更高。

為什么極光只在南北兩極頻頻出現(xiàn)？

極光出現(xiàn)的高度約在100～500千米的高空。其原因是在此高度趨于真空但有稀薄的氣體分子可以誘發(fā)極光產(chǎn)生。太陽(yáng)距地球1.5億千米，是個(gè)龐大而熾熱的氣體星球。它的內(nèi)部和表面無(wú)時(shí)無(wú)刻都在進(jìn)行核裂變反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生了強(qiáng)大帶電粒子流。粒子流以極大速度射向周?chē)钪婵臻g。把太陽(yáng)噴射出來(lái)的粒子流稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)源源不斷地奔赴地球，并以等離子狀態(tài)在地球上空環(huán)繞地球磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生磁層。由于地球強(qiáng)大的磁層屏蔽作用，所以它在形成以后至今46億年來(lái)，地球上的大氣和水都沒(méi)有被太陽(yáng)風(fēng)吹走。為什么？這是因?yàn)樘?yáng)風(fēng)是一個(gè)高能粒子主要是質(zhì)子，它猛烈地吹過(guò)地球。但它進(jìn)不了地球，大部分都被地球磁力線屏蔽掉而折向四周星際空間流散。太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球的護(hù)衛(wèi)磁層永無(wú)停息的撞擊，終究會(huì)促使一批幸運(yùn)兒的誕生，有1%的帶電粒子尋找到鉆空子的機(jī)會(huì)，它們攜帶1000伏特的電力進(jìn)入地球高層大氣，遇到稀薄的大氣分子相撞就會(huì)發(fā)光。

極光為什么會(huì)在南北兩極頻繁地出現(xiàn)？這與磁場(chǎng)的構(gòu)造有關(guān)。地球磁場(chǎng)尖端對(duì)著南北兩極，形如漏斗。鉆入大氣層的帶電粒子在沒(méi)有碰到大氣分子發(fā)生碰撞致使能量消耗前，它們更多地會(huì)沿著地球磁場(chǎng)的這個(gè)漏斗沉降，進(jìn)入南北兩極地區(qū)。這就意味著地球磁力線攜帶著這些帶電粒子能量進(jìn)入到地球內(nèi)部，進(jìn)而促使更大規(guī)模的地球磁場(chǎng)的形成。在此，地磁場(chǎng)磁力線閉合環(huán)路上同時(shí)存在地球內(nèi)部導(dǎo)電體和大氣電離層，當(dāng)沉降的帶電粒子愈加增多時(shí)，磁力線能量遇到地球內(nèi)部的磁感抗，也就意味著大量能量無(wú)法消耗，于是電離層就爆發(fā)極光。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)暴極強(qiáng)，進(jìn)入北極上空時(shí)又會(huì)形成若干扭曲的磁場(chǎng)，帶電粒子的瞬間釋放被稱(chēng)為地磁風(fēng)暴，也會(huì)擾亂無(wú)線電和雷達(dá)信號(hào)，給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難。

欣賞斑斕奪目的極光

由于極光的成因是太陽(yáng)風(fēng)帶電粒子流與大氣分子或原子碰撞而形成的。因大氣成分的多樣化和碰撞的高度強(qiáng)度等多方原因，所以，極光的色彩和形狀都是多變的，復(fù)雜的。因此出現(xiàn)了自然界美麗的奇光異彩，炫舞奪目的自然現(xiàn)象。在南北緯67度附近環(huán)帶狀區(qū)域?yàn)樽钪臉O光區(qū)，有北極光首都之稱(chēng)的阿拉斯加費(fèi)爾班一年之中極光超過(guò)200天；奇光異彩的極光，有的像綠色彩虹橫掛北極，有的像紫蘭花盛開(kāi)在北極上空，有的像探照燈照射在冰洋的夜空中等等。極光之美由于它的飄逸和變化莫測(cè)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是無(wú)法用彩筆來(lái)描繪。但是，近些年來(lái)筆者開(kāi)拓了冰洋畫(huà)的研究畫(huà)創(chuàng)作，感到只畫(huà)冰洋不畫(huà)美麗的極光很是遺憾。所以筆者也把相當(dāng)?shù)木Ψ旁谘芯繕O光的畫(huà)法，略得成效，提供幾幅作品欣賞。

（責(zé)編：沈婷婷）