極光~ ^^

極光點形成
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當極光出現，居住於南北極圈的人會看見夜空有不斷變化的美麗光芒。很多人以為極光的形成與地球以外的太空無關，其實極光的成因與太陽黑子有很大的關係。

在我們介紹極光的成因之前，不如讓我們先對太陽作一點較深入的了解。大家都知道，太陽是一個十分熱的火球。它的表面溫度大約是六千度。每時每刻，太陽表面都會將大量粒子往外太空射出去。這就是天文學家經常提到的太陽風。

在太陽表面，我們經常可觀察到一些黑色的東西，其實這些就是太陽黑子了。太陽黑子的溫度較太陽表面的平均溫度為低，大約是四至五千度。黑子也是磁場較強的地區，它附近經常會發生猛烈爆炸。這些爆炸會把很多高能帶電粒子從太陽表面發射到外太空去。其中一部份帶電粒子會隨著太陽風來到地球。

我們知道，帶電粒子的運動是極容易受磁場所影響的。這些從太陽來的帶電粒子當然也不例外，它們會受地球磁場牽引，於南北兩極與地球大氣層的空氣粒子碰撞。大氣層的空氣粒子受碰撞後會發光，極光就這樣形成了。

朋友們，你們也許不知道，原來極光的現象不單出現在地球上。天文學家曾經利用哈勃太空望遠鏡，觀察到於木星和土星上出現的極 光。如果你想對極光有進一步的了解，不妨到這網頁瀏覽(參考網頁： http://www.exploratorium.edu/learning_studio/auroras/)。

極光(Polar aurora)出現於地球的高磁緯地區上空。是一種絢麗多彩的發光現象。由來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發(或電離)而產生。另外，在太陽黑子多的時候，極光出現的頻率也大。

極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁力線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞並激發，產生光芒，形成極光。

極光不只在地球上出現，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。

在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光。

極光按形態可分為：

勻光弧極光
射線式光柱極光
射線式光弧光帶極光
簾幕狀極光
極光冕
按觀測的電磁波波段分為：

光學極光
無線電極光
按激發粒子類型可分為：

電子極光
質子極光
按發生區域可分為：

極光帶極光
極蓋極光
中緯極光紅弧

圖片參考：http://www.hk-phy.org/iq/aurora/aurora.jpg

極光是地球大氣高層的氣體分子或原子受來自太陽的高能電子碰撞後發射的。簡單來說，分子或原子受電子碰撞後，會被激發至較高的能態，甚至被電離。當離子重新俘獲電子，輾轉回到基態的時候，便會被發射某些擁有特定波長的光波。

太陽的紫外線把氧分子分解成原子，成為了大氣最高層 (電離層) 的主要成份。當氧原子受電子激發後，便會發出極光那主要的淺綠色光芒。能量較高的電子則可深入大氣層較低的地方，激發那裡的中性氮分子，發出粉紅色或紫紅色的光輝。電離的氮分子則發出紫藍色的光。這些次要的激發豐富了極光的顏色，為這道美麗的卷簾添上了悅目的花邊。

圖片參考：http://www.hk-phy.org/iq/aurora/magnetopause.gif

在北極圈內，經常可以看到一種絢麗壯觀的「北極光」（aurora borealis）；在南極圈內所見的類似景象，則稱為「南極光」（aurora australis）（圖1、2）。但在人口稠密地帶卻不常見。這是多少世紀以來引起人們猜測和探索的天象之謎，古代的中國人、日本人、希臘人、羅馬人都有文字描述。從前愛斯基摩人以為是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬，許多民族也有他們不同的極光傳說。長期以來，極光的成因一直未能得到滿意的解釋。在相當長一段時間內，人們一直認為極光可能是由以下三種原因形成的。一種看法認為，極光是地球外面燃起的大火，因為北極區臨近地球的邊緣，所以能看到這種大火。另一種看法認為，極光是夕日西沉以後，透射反照出來的輝光。還有一種看法認為，極地冰雪豐富，它們在白天吸收陽光，貯存起來，到了夜晚釋放出來，便成了極光。總之，眾說紛紜，沒有定論。直到本世紀60年代，將地面觀測結果與衛星、火箭探測到的資料結合起來研究，才逐步形成了極光的物理性描述（圖3）。


圖3.地球的極光帶（照片上方環狀光帶；下方為陽光照射的白晝部分）
圖5.哈柏太空望遠鏡所拍攝的土星極光帶
圖4.哈柏太空望遠鏡所拍攝的木星極光帶


成因

　現在人們認識到，極光一方面與地球高層大氣和地球磁場的大規模相互作用有關，另一方面又與太陽噴發出來的高速帶電粒子流有關，這種粒子流通常稱為太陽風（solar wind）。由此可見，形成極光必不可少的條件是大氣、磁場和太陽風，缺一不可。具備這三個條件的太陽系其他行星，如木星、土星和水星周圍也會產生極光（圖4、5），這已被實驗觀察的事實所證明。

　地球磁場分布在地球周圍，受太陽風的吹拂而被包裹著，形成一個棒槌狀的腔體，它的科學名稱叫做磁層（magnetosphere） 。為了更具體一點起見，我們可以把磁層看成是一個巨大無比的電視映像管，它將進入高空大氣的太陽風粒子流匯聚成束，聚焦到地磁的極區，極區大氣就是映像管的螢光幕，極光就是電視螢幕上移動的圖像。但是，這裡的電視螢幕卻不是20吋或是29 吋，而是直徑為40000公里的極區高空大氣。通常，地面上的觀眾在某個地方只能見到畫面的五十分之一。在電視映像管中，電子束擊中電視螢幕，因為螢幕上塗有發光物質，會發射出光，顯示成圖像。同樣，來自空間的電子束，打入極區高空大氣層時，會激發大氣中的分子與原子，導致發光，人們便見到了極光的圖像顯示。在電視映像管中，是一對電極和一個電磁鐵作用於電子束，產生並形成一種活動的圖像。在極光發生時，極光的顯示和運動則是由於粒子束受到磁層中電場和磁場變化的作用所造成的。

參考資料
http://www.phy.cuhk.edu.hk/astroworld/articles/dir_aurora/articles_aurora.html
http://www.plkcfs.edu.hk/modules/tinyd6/content/subjects/geo/new2.htm

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