你與“歐若拉”邂逅的概率多大？這個(gè)指數(shù)是關(guān)鍵

自2019年開(kāi)始，太陽(yáng)進(jìn)入第25個(gè)活動(dòng)周期，活動(dòng)日益頻繁，2025年前后將迎來(lái)活動(dòng)的高峰，太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射可能會(huì)頻繁發(fā)生。2023年4月發(fā)生了一次強(qiáng)烈的地磁暴，這是第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期開(kāi)始以來(lái)最強(qiáng)的一次太陽(yáng)活動(dòng)，導(dǎo)致我國(guó)黑龍江漠河、新疆克拉瑪依等地出現(xiàn)了絢麗的極光現(xiàn)象。受太陽(yáng)活動(dòng)影響，在2023年11月5日、 12月1日，黑龍江漠河地區(qū)又多次出現(xiàn)極光。尤其是12月1日晚，我國(guó)多地都傳來(lái)有人看到極光的消息。一名網(wǎng)友在北京懷柔郊區(qū)拍攝了一段絕美的極光美景，不僅刷爆了天文愛(ài)好者的朋友圈，更讓“北京極光”這個(gè)話題登上了熱搜榜。

極光有一個(gè)神秘又美麗的名字——?dú)W若拉（Aurora）。歐若拉原本是指古羅馬神話中的一位女神，她掌管著黎明和曙光，每天早晨飛向天空，向大地宣告黎明的來(lái)臨。1619年，意大利天文學(xué)家伽利略以歐若拉之名創(chuàng)造出了“Aurora Borealis（北極光）”一詞，賦予其新的含義。

《黎明女神歐若拉》，圭爾奇諾于 1621— 1623 年創(chuàng)作的壁畫(huà) 圖片來(lái)源 / 維基百科

極光經(jīng)常出現(xiàn)的地方是北極圈和南極圈附近，在北半球觀察到的極光被稱為“北極光”，在南半球觀察到的則被稱為“南極光”。當(dāng)然，極光并非地球的專屬，太陽(yáng)系內(nèi)其他一些具有磁場(chǎng)的行星上也有極光。

極光產(chǎn)生的原因

極光是高緯度地區(qū)上空的一種自然發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)發(fā)生磁重聯(lián)，太陽(yáng)風(fēng)高能粒子會(huì)沿著重聯(lián)的磁力線進(jìn)入地球兩極，在引起地磁擾動(dòng)的同時(shí)，與大氣中的氧原子和氮原子發(fā)生劇烈的碰撞。在碰撞過(guò)程中，高能帶電粒子將其能量轉(zhuǎn)移到大氣中，從而將氧原子和氮原子激發(fā)到更高的能量狀態(tài)。當(dāng)氧原子和氮原子放松回到較低的能量狀態(tài)時(shí)，它們會(huì)釋放光子，這些光子就是我們所看到的極光。這個(gè)過(guò)程類似霓虹燈或熒光燈的發(fā)光原理。

極光主要出現(xiàn)在地球的南、北兩極，并且彼此是鏡像的。當(dāng)極光在一個(gè)半球變得活躍時(shí)，同時(shí)在另一個(gè)半球也會(huì)變得活躍。極光以磁極為中心，呈環(huán)帶狀區(qū)域，該區(qū)域又被稱為“極光卵”。在較大的地磁暴期間，極光卵會(huì)膨脹，遠(yuǎn)離兩極，因此在南、北極圈附近大部分地區(qū)都可以看到極光。

極光是地磁暴的一種表現(xiàn)形式。有兩種類型的太陽(yáng)事件會(huì)產(chǎn)生與明亮、活躍的極光相關(guān)的地磁暴。第一種是日冕物質(zhì)拋射（CME），可以描述為從太陽(yáng)噴出的幾十或上百億噸等離子體，以每秒數(shù)千千米的速度傳播，兩到三天后抵達(dá)地球周圍空間。當(dāng)CME到達(dá)地球時(shí)，它可以引發(fā)地磁擾動(dòng)，從而產(chǎn)生一些最明亮、最活躍的極光，此時(shí)的極光向赤道方向延伸最遠(yuǎn)。第二種可以產(chǎn)生中等規(guī)模地磁暴的太陽(yáng)事件被稱為“冕洞”。冕洞是高速太陽(yáng)風(fēng)的來(lái)源。當(dāng)高速的太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球時(shí)，可以產(chǎn)生活躍的極光。但是，冕洞引起的地磁暴和極光遠(yuǎn)不如CME引起的明亮、活躍。溫和的太陽(yáng)風(fēng)也會(huì)產(chǎn)生極光，因此即使沒(méi)有大的地磁暴，某些地區(qū)通常也會(huì)有微弱的極光。

春分和秋分前后，極光出現(xiàn)的概率也大于冬、夏兩季，這是因?yàn)榈厍蜣D(zhuǎn)軸垂直于太陽(yáng)磁力線，兩者磁力線重疊效果最佳。春分之后夜晚看到極光的時(shí)間，則不如秋分之后的長(zhǎng)。

本圖顯示了磁層和電子加速的位置（左邊紅色 區(qū)域），右邊的紅色區(qū)域是產(chǎn)生夜間極光的電子加速的地方，也是產(chǎn)生地磁暴過(guò)程的來(lái)源 圖片來(lái)源 /NOAA/SWPC

極光的顏色和形態(tài)

我們平時(shí)在網(wǎng)絡(luò)、電視、報(bào)刊上看到的極光大多是綠色，其實(shí)極光也有很多種顏色。這與地球大氣的成分有關(guān)，大氣中氧和氮的含量決定了極光的顏色。而不同的海拔高度，氧和氮的含量也是不同的。

紅色極光出現(xiàn)在最高處，是太陽(yáng)風(fēng)與300千米處的氧原子反應(yīng)后輻射出630納米的紅光。這種顏色的極光不易看到，只有在太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈的情況下才可能出現(xiàn)。綠色極光出現(xiàn)在中間高度，是太陽(yáng)風(fēng)與120~400千米處濃密的氧原子反應(yīng)后輻射出557納米的綠光。紫色極光出現(xiàn)在最低處，來(lái)自氮原子。

通常，有人說(shuō)目視極光是淡白色的。事實(shí)并非如此，這實(shí)際上是人眼夜視的一種表現(xiàn)。人眼在不區(qū)分顏色的情況下，優(yōu)先挑選亮度。只有當(dāng)極光相當(dāng)明亮?xí)r，人眼才能區(qū)分真正的綠色、紅色和其他顏色。另外，數(shù)碼相機(jī)通常比人眼更靈敏，可以在極光太暗而人眼無(wú)法看到時(shí)，捕捉到極光和極光的顏色。

極光除了顏色不同，形狀也不同。通常，極光看起來(lái)很像窗簾，大致向東、西方向分布，會(huì)跟隨地磁場(chǎng)扭曲和擺動(dòng)，就像風(fēng)吹在窗簾上一樣。除了簾幕狀極光，還有射線狀極光、均勻極光等。另外，也可以根據(jù)激發(fā)粒子的來(lái)源分成質(zhì)子極光和電子極光。

本圖顯示了地球磁力線和沿著磁力線行進(jìn)到高 層大氣的電子，綠色陰影區(qū)域顯示了以磁極為中心的極光卵 圖片來(lái)源 /NOAA/SWPC

觀看極光的條件

要想看到極光，主要取決于兩個(gè)因素：地磁活動(dòng)（地球磁場(chǎng)的干擾程度）和你所在的位置。進(jìn)一步考慮的因素，是觀測(cè)所在地的天氣、光污染、滿月等情況。

極光在高緯度地區(qū)更容易看到，通常發(fā)生在南、北極圈附近、緯度60?~75?、寬約5個(gè)緯度的環(huán)帶區(qū)域。在冰島、挪威、瑞典、美國(guó)阿拉斯加等高緯度地區(qū)，一年中有一半以上的夜晚都能觀測(cè)到極光。傍晚和早晨的極光不太活躍，觀察起來(lái)也不太有趣。午夜的極光是最活躍、最明亮的。在清晨，極光會(huì)呈現(xiàn)出更像云的樣子，反復(fù)閃爍，然后隨著太陽(yáng)從東方升起而消失。

當(dāng)空間天氣活動(dòng)增加，出現(xiàn)更頻繁、更大的太陽(yáng)風(fēng)暴時(shí)，極光會(huì)向赤道方向延伸，較低緯度地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)極光。歷史上有記載的最嚴(yán)重的一次太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生在1859年9月，這就是“卡林頓事件”，造成了長(zhǎng)達(dá)8天的惡劣空間天氣，當(dāng)時(shí)甚至有人在赤道附近地區(qū)看到了極光。

龍形態(tài)的北極光，2019 年 2 月 6 日拍攝于 冰島 攝影 / 張敬宜

看看你與極光的邂逅概率

為了知道你是否有機(jī)會(huì)看到極光，你需要查看地磁Kp指數(shù)（全球磁場(chǎng)指數(shù)）、極光預(yù)報(bào)圖以及所在地的地磁緯度。

1.地磁Kp指數(shù)

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的地磁指數(shù)，被用來(lái)描述每日每3小時(shí)內(nèi)的地磁擾動(dòng)強(qiáng)度，用數(shù)字0~9來(lái)劃分強(qiáng)度等級(jí)。

Kp指數(shù)與極光卵的緯度范圍之間存在近似關(guān)系。這種關(guān)系對(duì)應(yīng)的是地磁緯度上的，而不是地理緯度上的。

2.極光預(yù)報(bào)圖

極光的亮度和位置通常顯示為以地球磁極為中心的綠色橢圓。當(dāng)預(yù)報(bào)極光更加強(qiáng)烈時(shí)，綠色橢圓會(huì)變成紅色。在NOAA（美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局）空間天氣預(yù)報(bào)中心（SWPC）的頁(yè)面上，可以查閱到最新的極光預(yù)報(bào)圖。

NOAA 的極光30 分鐘短期預(yù)報(bào)圖，依次為 Kp=3 安靜的極光，Kp=5 中度極光，Kp=7 活動(dòng) 極光，Kp=9 非常活躍的極光 圖片來(lái)源 /NOAA/SWPC

3.地磁緯度

地球的地理兩極和磁極并不完全相同，存在11.5?的夾角，所以地理緯度不等于地磁緯度，而且地球磁軸還向北美洲偏移。因此，地磁緯度才是我們需要的緯度。請(qǐng)注意，并不是極光邊緣必須到達(dá)你所在的磁緯才能被你看見(jiàn)，其實(shí)在極光邊緣的4~5個(gè)緯度距離，你便可以看到它。那么，你知道所在地的磁緯嗎？這里有一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)幫助你，所在地的地理緯度減去10?左右才是你要的地磁緯度。

當(dāng)你知道了所在地的磁緯，就可以結(jié)合當(dāng)前的地磁Kp指數(shù)和極光預(yù)報(bào)圖來(lái)判斷你是否能看到極光。我國(guó)大部分地區(qū)處于中緯度地帶，即使是我國(guó)最北端的漠河，緯度也只有53?，看到極光的機(jī)會(huì)不多，并且大概率看到的是以紅色為主的極光。而且，如果你想看到極光，還需要選擇一個(gè)晴朗的夜晚，并且沒(méi)有城市燈光或月光的干擾。

文/于建峰