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极光的形成原理是什么？

阿拉斯加科学家是什么

极光是地球周围大规模放电的过程 。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球的磁场迫使其一部分沿着磁场线集中在南北两极 。他们进入极地高层大气后，会与大气中的原子和分子碰撞激发，发出光，形成极光 。

极光的形成原理是什么？

文章插图
极光出现在地球的高磁纬地区，是难得的自然景观 。极光不仅发生在地球上，也发生在太阳系其他具有磁场的行星上 。极光是怎么形成的？
在地球南北两极附近的上空，夜间经常出现奇怪的光 。其色彩鲜艳：有紫红色、玫瑰红、橘红色、白色和蓝色 。
其形状也千差万别 。有些像空中飞舞的彩带，有些像跳动的火焰团，有些像窗帘，有些像柔丝，有些像巨大的伞 。这种自然的“火树、银花”景象就是极光 。
早期观点
1、本杰明富兰克林的理论：不可思议的极光是由浓厚的带电粒子和极区的强雪和其他湿气的作用引起的 。
2、极光电子来自太阳发射的光束 。这是克里斯蒂安伯克兰在1900年提出的一种说法，她在实验室中使用真空室和磁化的地球模型，展示电子是如何被引导到极区的 。该模型的问题包括：极域极光不足；负电荷本身散射这些光；以及仍然缺乏太空观测证据 。
3、破水桶理论：极光是一个溢出的辐射带，由詹姆斯范艾伦和工作伙伴于约1962年首先提出 。他们指出，辐射带获得的巨大能量很快就会因极光的扩散而枯竭 。不久，研究表明，辐射带俘获的是高能正带电离子，极光内几乎都是低能量电子 。
4、极光是太阳风中的粒子被地球的场线引导至大气层顶端造成的 。这适用于极光的尖点，但除了尖点以外，太阳风没有直接作用 。另一方面，太阳风的能量主要停留在带正电的离子上，电子只有0.5eV，而在尖头上升到50~100eV，远远低于极光的能量 。
现代性的视角
极光是地球周围大规模放电的过程 。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球的磁场迫使其一部分沿着磁场线集中在南北两极 。他们进入极地高层大气后，会与大气中的原子和分子碰撞激发，发出光，形成极光 。
来自美国航空航天局“热敏卫星任务”(Themismission)的数据显示，科学家发现太阳释放的带电粒子像气流一样向地球飞来，碰到北极上空的磁场时，还会形成一些扭曲的磁场 。
带电粒子的能量瞬间释放出来，表现为闪闪发光的极光，地球的极光之所以主要只有红、绿两种颜色，是因为受热分层的氮和氧原子碰到电子而破碎，分别发出红和绿光 。
这项研究由美国加州大学洛杉矶分校的安吉洛波洛斯主办，其研究结果于2007年12月9日在“美国地球物理联合会”学术会议上发表 。
三星卫星任务的5个人造卫星群于2007年2月成功发射，3月在阿拉斯加和加拿大上空出现极光2小时，同时卫星也检测到带电粒子流与北极磁场接触 。
让安吉洛波洛斯吃惊的是，带电粒子和磁场接触形成的地磁风暴以每分钟650公里的速度掠过空中，威力相当于文艺复兴规模5.5级的地震 。
科学家怀疑极光的能量来源于带电粒子与北极磁场接触产生的扭曲磁场，但这一理论直到2010年5月才得到证实 。当时，塞缪尔特派团的卫星群从地球上空6万多公里处首次测量了扭转磁场的结构 。
极光是地球周围大规模放电的过程 。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球的磁场迫使其一部分沿着磁场线(场线)集中在南北两极 。
在北半球观察到的极光被称为极光，在南半球观察到的极光被称为南极光 。常见的是南北纬度67度附近的两个环形区域，阿拉斯加费尔班克斯(Fairbanks)一年有200多天的极光现象，因此被称为“极光首都” 。
地球磁性层的磁力线带着太阳风的能量进入地球内部，驱动了地磁的形成 。在该磁性层的磁力线闭环中，除了地球内部的导电体以外，还有大气层电离层这一弱导电体 。
太阳风强的话，磁力线的能量会撞击地球内部的磁阻，不消耗很多能量，在电离层形成极光 。
最近，由于新的卫星技术，日本科学家首次直接观测到了带电粒子沉淀进入地球大气的合成波散射电子 。沉淀的电子流束足够强，可以产生脉动极光 。
这是人类探索极光发生现象的里程碑事件！ 未来，随着新技术的发展，科学家将继续探索极光产生的具体原因 。
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