撰文/解思梅

神奇炫舞飄逸之光

撰文/解思梅

極光是人類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。通常人們對南北極的印象是一片白茫茫的冰雪天地，在那里充滿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，南北極的夜空中充滿了色彩，數(shù)十萬米的高空上炫舞著一種神奇之光，可以把人類的思維帶入到一個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著寂寞孤獨的冰雪世界。

圖1. 歐美人曾一度堅持極光是格陵蘭島冰原的反射光。

圖2. 為什么極光會五顏六色、炫舞奪目，是因為大氣層中所含的氣體成分不同而形成的。與氮氣分子相撞發(fā)出紫羅蘭色和深紅色光。

圖3. 億萬年來，極光在地球的上空炫舞閃爍，卻是一段在引導人類文明探索的歷程。

極光的謎底在自然科學發(fā)展的長河中有相當長的一段時間并沒有被揭開。

自有文字記載以來，極光一直是人類猜測和探索之謎，中國神話曾描繪為大熊星座飄灑出的神奇之光，環(huán)繞在北斗星周圍，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，身長千里，是鐘山之神。北極的土著居民愛斯基摩人則認為極光是引導靈魂進入天堂的火炬。歐美人曾一度堅持極光是格陵蘭島冰原的反射光。直到17世紀，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發(fā)展的長河中有相當長的一段時間并沒有被揭開，早期認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法。無論是古老神話中所滲透的蒙昧無知，還是人類對極光最初的科學探索中所表現(xiàn)的稚嫩，億萬年來，極光在地球的上空炫舞閃爍，卻是一段在引導人類文明探索的歷程。

五顏六色極光的成因就是太陽射出的大量帶隊微粒以高速射進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)出來的光。至于為什么極光會五顏六色、炫舞奪目，是因為大氣層中所含的氣體成分不同而形成的。從太陽射出的導電粒子流與不同成分的氣體分子相撞時，氣體分子會吸收帶電粒子的部分能量，同時又將能量釋放出來，進而產(chǎn)生不同顏色的光。與氧氣分子相撞發(fā)出綠色和紅色光；與氮氣分子相撞發(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以及它們與氣體分子碰撞的空間高度、強度能量和數(shù)量都有關。極光主要是以紅綠二色為主。因為大氣組成的成分主要是氮氣和氧氣。所以，相比之下與其他成分的氣體分子有更多的相撞機會。我們看到的黃綠光會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。太陽距地球1.5億千米，是個龐大而熾熱的氣體星球。它的內(nèi)部和表面無時無刻都在進行核裂變反應，這種反應產(chǎn)生了強大帶電粒子流。粒子流以極大速度射向周圍宇宙空間。把太陽噴射出來的粒子流稱為太陽風。太陽風源源不斷地奔赴地球，并以等離子狀態(tài)在地球上空環(huán)繞地球磁場相互作用產(chǎn)生磁層。由于地球強大的磁層屏蔽作用，所以它在形成以后至今46億年來，地球上的大氣和水都沒有被太陽風吹走。為什么？這是因為太陽風是一個高能粒子主要是質子，它猛烈地吹過地球。但它進不了地球，大部分都被地球磁力線屏蔽掉而折向四周星際空間流散。太陽風對地球的護衛(wèi)磁層永無停息的撞擊，終究會促使一批幸運兒的誕生，有1%的帶電粒子尋找到鉆空子的機會，它們攜帶1000伏特的電力進入地球高層大氣，遇到稀薄的大氣分子相撞就會發(fā)光。

極光為什么會在南北兩極頻繁地出現(xiàn)？這與磁場的構造有關。地球磁場尖端對著南北兩極，形如漏斗。鉆入大氣層的帶電粒子在沒有碰到大氣分子發(fā)生碰撞致使能量消耗前，它們更多地會沿著地球磁場的這個漏斗沉降，進入南北兩極地區(qū)。這就意味著地球磁力線攜帶著這些帶電粒子能量進入到地球內(nèi)部，進而促使更大規(guī)模的地球磁場的形成。在此，地磁場磁力線閉合環(huán)路上同時存在地球內(nèi)部導電體和大氣電離層，當沉降的帶電粒子愈加增多時，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法消耗，于是電離層就爆發(fā)極光。當太陽風暴極強，進入北極上空時又會形成若干扭曲的磁場，帶電粒子的瞬間釋放被稱為地磁風暴，也會擾亂無線電和雷達信號，給人類帶來災難。

欣賞斑斕奪目的極光

由于極光的成因是太陽風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度等多方原因，所以，極光的色彩和形狀都是多變的，復雜的。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)域為最著名的極光區(qū)，有北極光首都之稱的阿拉斯加費爾班一年之中極光超過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的特點，被認為是無法用彩筆來描繪。但是，近些年來筆者開拓了冰洋畫的研究畫創(chuàng)作，感到只畫冰洋不畫美麗的極光很是遺憾。所以筆者也把相當?shù)木Ψ旁谘芯繕O光的畫法，略得成效，提供幾幅作品欣賞。

（責編：沈婷婷）