前言 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）。
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。 極光不僅是個光學現象，而且是無線電現象，可以用雷達進行探測研究，它還會輻射出某些無線電波。有人還說，極光能發出各種各樣的聲音。極光不僅是科學研究的重要課題，它還直接影響到無線電通訊、長電纜通訊，以及長的管道和電力傳送線等許多實用工程項目。極光還可以影響到氣候，影響生物學過程。當然，極光也還有許許多多沒有解開的謎。 |
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