怎样才能看到极光?

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：KF，题图来自：视觉中国

近日“北京看到极光”这一话题引发了大家的广泛关注和讨论。大家在好奇之余可能会有这样的想法：那真的是极光吗？什么样的条件下可以看到极光？合肥的我们到底有没有可能观察到“极光”？

一、足够的太阳风能量

太阳风（太阳带电粒子流）进入地球磁场后，高能粒子在磁场作用下转向极区，在南北两极附近高空与高层大气中原子碰撞从而发光的现象称为极光。从中我们可以提取出极光出现的三大要素：大气，磁场和高能带电粒子。因此，极光并非只是地球的专属，水星和土星等星球上也有它的身影（图1）。

图1 木星北半球的极光椭圆（图源NASA）

值得一提的是，虽然名字中带了“极”，观测极光的位置并非越往北/南极越好。真正影响极光观测的并非纬度，而是地球的两个磁极。源自地球的高能粒子沿着磁力线进入大气层，因此大多出现在磁纬较高的地方。极光最强的部分一般分布在以磁极为中心的环形区，即“极光卵”或“极光带”。

倘若到达地球的太阳高能带电粒子数量多且能量强，就可能与地球磁场发生强烈相互作用，从而产生地磁暴。本次地磁暴的形成也和太阳活动密切相关，往期推文也详细介绍了地磁暴形成的原因（详见：流感肆虐，太阳也遭殃？）。地磁暴的产生源自地球高层大气的强烈扰动，高能粒子能够使得有些中纬度或低纬度地区磁场发生变化，这便是北京等地区观察到极光的原因。

如此说来，只要地磁暴的强度够高，岂不是大大增加了在合肥看到极光的可能性？卡林顿事件被认为是人类有观测记录以来经历过的最强太阳风暴，包括夏威夷在内的地球低纬度地区都可以观测到极光。然而，科学家们发现大量的高能带电粒子流的到来并非善意。它们会导致卫星导航设备误差增大，航空飞行通讯环境变差，空间站轨道高度发生变化，鸟类迁徙受到影响等等。所幸这次的地磁暴持续时间较短，对人类影响较小。因此地磁暴的产生需要人类持续观察并及时预警，以避免危险。

二、对的季节、夜晚和天气

太阳在一年四季都在释放带电粒子，而地球磁场也是全年无休。为什么大多旅游团不选择夏天带领游客去看极光呢？由于地球的公转，北极圈在夏天会出现极昼现象。黑夜时间越长，看见极光的可能性越大，因此大多数人会选择11月至3月去找寻极光。同时，月光也可能对观测产生影响，故准备时也应了解月相知识。

除了夜和月的因素，云层也是影响极光观测的关键。雨雪天气会遮挡美丽的极光，因此需要选择万里无云的好天气。

极光的成因是太阳活动和地磁场相互作用。相较稳定的地磁场，太阳活动需要长期观测总结其规律，从而建立相应的预报机制或是极光观测网站（图2）。

图2 极光预测网站（AURORA FORECAST）截图

三、多彩的极光与蕴藏的危机

从科学研究的角度，人们将极光按形态分为匀光弧极光、射线式光柱极光、射线式光弧光带极光、帘幕状极光、极光冕等。一般来说不同类型的极光对应着不同的产生源和物理机制，还包含着诸多精细结构。

绿色极光最为常见，但极光的颜色并非只有绿色。在太阳紫外线，宇宙射线等作用下，有些空气分子失去电子成为正离子，有些获得电子成为负离子，还有些带电粒子会在碰撞重新成为中性。同时由于高层大气是由于多种气体组成的，不同元素气体受到带电粒子轰击后会产生不同颜色的光。

有些海拔处原子氧占据主导。受激发的氧原子跃迁时常发射波长为630纳米的光，呈现红色。而在粒子碰撞频繁的海拔处，受激发的氮分子通过碰撞将能量传递给氧原子，粒子跃迁会导致绿光的产生。因此不同颜色的极光与粒子类型，碰撞程度，大气温度和密度等有关，不同过程混合起来共同呈现出多彩的极光。

“善恶必对待，福祸常相邻”。地磁暴虽然可以带来绚烂的极光，但是它同时会对航天器、运输线路、动物和通信导航等产生十分不利的影响。在合肥是否可能观察到极光？答案是概率非常低，只有在太阳风非常强的情况下才有一定的可能性。

所以，对于想要在合肥等远离极光带的城市看到极光的朋友们，最好还是不要期待自己的城市上空可以看到极光哦，因为极光出现的重要前提之一是强烈的太阳风事件，这势必会对我们的日常生活产生诸多不良影响。

从极光发生的可能性与安全性的角度，我们还是选择更易观测的地方去赴极光的约吧。

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：KF