震撼人心的极光是如何产生的呢?

如果只是简单以肉眼抬头观测我们的太阳,那么在历史的长河种它发出的光几乎没有发生改变,太阳总是持续、稳定地输出能量。(不过实际生活种不要用肉眼看太阳,对眼睛有害!)但是,如果我们借助望远镜观察太阳的电磁波谱,会发现太阳的本质是一个移动的、动态的等离子球,它并不稳定。这种有规律的起伏变动导致了空间天气。

我们几乎是看不到空间天气的,除了极光——一种自然界最令人惊叹的景象。当来自太阳的能量物质猛烈撞击地球磁场时,就会产生极光,即在南北纬地区看到的闪烁的、移动的色带,也被称为南北光。

这张加拿大上空的北极光照片是由国际空间站上的一名宇航员在2017年9月拍摄的。图片:美国国家航空航天局

事实上,两个因素会引发极光,并且这两个因素都是由太阳引起的。第一是太阳耀斑,太阳表面高度活跃的区域产生更多的太阳耀斑,这些耀斑是太阳亮度的突然局部增加。通常情况下,太阳耀斑伴随着日冕物质抛射(CME)。

日冕物质抛射是将物质和电磁辐射发射到太空的过程。这种被磁化的等离子体主要是质子和电子。CME喷射通常只是分散到空间中,但并不总是如此。如果它的目标是地球的方向,那么我们极有可能看到更多的极光。

第二是太阳表面的日冕洞。日冕洞是太阳表面的一个区域,它比周围的区域更冷,密度更小。日冕洞是来自太阳的快速流动的物质流。

无论是来自充满太阳耀斑的活跃区域,还是来自日冕洞,都会使我们在地球上看到极光。当来自太阳的放电以足够的力量撞击我们自己的磁层中的带电粒子时,两者都能被强迫进入我们的上层大气。当它们到达大气层时,会释放能量,这导致大气中的成分发光。任何目睹过极光的人都会惊叹这大自然的鬼斧神工。光的变化和闪烁是那么迷人。

极光会出现在极光椭圆内,一般是地球夜晚的时候。这个椭圆区域会被更强的太阳辐射扩大。因此,当太阳表面的活动增加时,通常可以预测会产生更明亮的极光。同时由于极光椭圆的扩大,我们会在南部纬度地区更容易看到极光。

这张照片是新西兰上空的南极光。图片:保罗·斯图尔特,《公共域》,cc1.0通用版。

太阳表面发生的活动可能预示地球上极光的增加。当一个被称为跨赤道日冕洞的特征正对着地球,这就可能意味着强烈的太阳风将向地球袭来。此时,如果你住的地方在合适的经度,晚上向北或向南看,就能看到极光。

当然,极光只是空间天气的一种。它们就像彩虹,漂亮且无害。但空间天气的威力要比极光大得多,产生的影响也比极光大得多。这就是为什么越来越多的人试图通过观测太阳来预测空间天气。

一场足够强大的太阳风暴可以产生一场CME,其强度足以破坏地球上的电力系统、导航系统、通信系统和卫星等。1859年的卡灵顿事件就是这样一个事件。它是有记录以来最大的太阳风暴之一。

这场风暴发生在1859年9月1日和2日。在它发生之前,太阳黑子巨增,随之天文学家观测到CME耀斑。这场风暴产生的极光最远可以到达加勒比海南部。

太阳黑子是太阳表面较暗的区域,比周围区域温度低。它们在磁场特别强的地方形成。太阳黑子附近的高活性磁场经常导致太阳耀斑。


同样的风暴,在当下—现代科技的世界里,会造成巨大的破坏。在2012年,我们差点就要体验这么大的风暴对地球造成的破坏。幸运的是,一对像卡灵顿事件一样强大的日冕物质抛射向地球,但与我们擦肩而过。

自1859年以来,我们已经了解了很多关于太阳和太阳风暴的知识。我们现在知道太阳的活动是周期性的。每11年为一个周期,太阳活动从最大值到最小值。其中,最大值和最小值对应于太阳黑子活动的最大值和最小值。当太阳活动在周期中处于最低值时,大多数日冕物质抛射来自日冕洞。

美国宇航局太阳动力学观测台(SDO)和ESA/NASA太阳和日光层观测台(SOHO)是负责研究太阳的空间观测台。SDO关注太阳及其磁场,以及变化如何影响地球上的生命和我们的技术系统。SOHO研究太阳内部的结构和行为,以及太阳风是如何产生的。

有几个网站允许普通人也能查看太阳的活动,并了解空间天气。美国国家海洋和大气管理局的太空天气预报中心有一系列的数据和可视化资料来帮助我们了解太阳的情况。


作者: universetoday

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