极光是怎么产生的？为什么极光会有不同的形状？

2025-02-14 23:20:46

推荐回答（5个）

回答1：

科学家发现了一种新型的极光类型，并将之称为“沙丘”。考虑到极光形成的原因，并类比于“波状云”的形成，将这种极光形成的原因与“重力波”联系起来。并详细分析了“重力波”影响下这种新型极光形成的机制。

在几千年前，人们就已经开始观察极光了，并且使用科学仪器来观测它们，以求得到对它们更深刻的理解。所以你可能会觉得，我们现在了解了每一种极光。

显而易见，这样的想法是错误的。一种新型极光，就在近期被一些勇于前往寒冷的高纬度地区拍摄“北极光”的极光摄影师所发现。

图源：sohu

极光是由于亚原子粒子从太阳猛烈地撞击向地球（或其它星球）的大气层而产生的现象。粒子的移动十分迅速，当它们撞击到上层大气中的原子和分子时，就会使其发生电离，产生一个或两个电子。当电子重组成他们的母原子时，就会发出特定波长的光或颜色。颜色取决于是哪种母原子，例如，常见的绿色极光就是氧气所致。而红色极光有可能是重组氧原子或分子氮。

在这张2018年拍摄于芬兰卢奥韦西的照片中，一种被称为“沙丘”的新型极光，呈现为向左延伸的平行波纹。图片来源：Rami Valonen

像电子或质子这样的带电粒子会受到磁场的影响，因此进入的粒子被磁场引向两极。磁场还可以将它们引导成有序序列，当粒子落下时，在天空中呈现出可爱的弯曲发光的弧线、帘布和丝带状。

图源：tuchong

然而，有时会看到另一种更为漫射的光晕从垂直于弧线的方向移动过来，就像一个挂在杆子上的窗帘。2018年10月，在极光摄影师拍摄的照片中就能看到这样的神奇特殊的光芒:里面有一个鱼骨图案，平行的波纹指向南方。它们看起来像是沙漠因风吹动的波纹，因此这个极光被称为“沙丘”。

2018年10月，从芬兰的莱蒂拉看到的“沙丘”极光。图片来源： Pirjo Koski

这个现象吸引了研究极光的科学家们的目光。他们研究了“沙丘”，并且发布了一篇分析它结构的论文。值得高兴的是，两张照片是在这一现象发生的同时，从相距172公里的芬兰两处地点拍摄的，这使得科学家可以对它们进行三角测量(也可以利用背景中的恒星来很好地定位它们)。他们发现“沙丘”位于地球表面上方约100公里的高度，这大概是大多数极光形成的地方。

两张在芬兰相隔172公里拍摄的同一极光的同步照片显示了从不同角度拍摄的单个沙丘(标有数字)，通过照片可以对它们进行三角测量。图片来源： Pirjo Koski / Rami Valonen /AGU Advances/Palmroth et al.

但是为什么会有涟漪呢？是什么导致了这种惊人的、奇怪的形状？

我们通常是在较低的大气高度中，才会见到这样类似的平行征状物。它们被称为重力波，类似于水中的波。如果大气中有一层稳定的空气，并且有什么东西干扰了它——比如说，一股冷空气来袭，或者这层空气正吹过一座山——空气就会上升。但是重力开始作用并把它拉回来。这就形成了一种振荡，一种流向下游的上下往复运动。在低层大气中，水蒸气在上升的气流中冷却会形成云，当空气再次下沉时又会溶解。这可以产生巨大的平行条状云串，我已然见过很多次这种现象(我住在落基山脉以东，那里的空中经常产生重力波云)。

虽然中间层中几乎不会出现重力波，但它也是地球大气层的一层，从大约50-85公里的高度延伸出来。中间层被称为中层或波状孔，研究难度极高。当移动的空气与更稳定的层碰撞时，重力波的形成可能类似于在低海拔大气中的方式。

科学家认为，这可能就是“沙丘”形成的原因。当中层空气由于波浪而上升时，它会压缩上层的空气。这改变了空气中氧原子的密度，空中将会形成类似波纹的形状。如果这发生在一束来自太阳的粒子抛向大气层时，那么它们使密度的变化更加明显可视化！由于原子会发光，有更多原子的地方就会更加发亮。

2016年1月，我在博尔德县拍摄了这张重力波云的照片。我面向南方；每个波纹中的线条都是东西走向的。图片来源：Credit: Phil Plait

但是还有更多:当大量的能量被排放到稳定层以上的大气中时，也可能导致中间层的孔洞。这是焦耳加热，可能是因为太阳的粒子撞击了大气层而产生。它们具有大量的能量，并在100公里左右的高度转移到大气中。

所以有可能是极光效应照亮了这些波浪，但也有可能是它引起了它们！这方面也有合理的理由:能看到涟漪的弥漫极光很常见，但涟漪只是有时会出现。重力波也很常见，所以你会看到比我们通常看到的更多的波纹。但这意味着还有其他东西在帮助形成它们。关于第二种现象成因是什么，焦耳加热是一个很好的猜测。

喜欢这个故事的一切。“业余爱好者”看到了一种新型极光，科学家研究分析了它，并找到了可能的原因。它的照片也很酷！

另外，中间层很难研究，因为它没有很多容易观察的特征。“沙丘”为研究这层大气层提供了一个新的窗口，所以至少可以更好地研究它的这一方面。

有这么多摄影师前往高纬度地区拍摄美丽极光的数字图像，这意味着我们将能获得更多关于它们的数据，我们便能更好地理解它们。

回答2：

极光是怎样形成的

回答3：

极光的产生是因为太阳产生的电磁波经过地球磁场的切割而产生的一种发光现象。极光的形状随着空气密度变化而变化。

回答4：

极光是地球周围的大规模放电过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球的磁场迫使其中一些粒子沿着磁力线集中到北极和南极。当它们进入极区的高层大气时，它们与大气中的原子和分子碰撞并激发，从而产生光并形成极光。

回答5：

当太阳的带电粒子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。极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量，所以极光会有不同的形状。

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