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2007-4-4

太阳系中的极光

归档于: 天文空间科学, 行星科学 @ 12:36 pm

人们对地球上的极光应该是不陌生的。太阳风的高能粒子轰击地球磁层,使得磁层或来自太阳的带电粒子冲入地球大气,在极地上空产生了七彩辉光。这样的现象一直是旅游者和摄影者钟爱的风景,也是太阳活动的重要表征。与此类似,极光也发生在太阳系中拥有大气层的所有大行星和部分卫星上。

极光成因示意图。(图片提供:NASA

水星几乎没有大气,自然也没有发现过极光的踪影,就从金星开始说好了。

金星是类地行星中大气最为浓密的,但与地球相比,金星没有固有磁场,因此极光的行为也与地球不同,不是两极周围的光环,而是弥散斑,遍布整个行星盘面。不过金星极光的成因同样是太阳风粒子的撞击,只是由于大气的主要成分是二氧化碳,不易产生明亮的辐射。

至于众所周知的地球极光,如前所述,“罪魁”当然是太阳活动。实际上数次低纬度极光事件都与剧烈的太阳活动有关,如在上一个太阳峰年即2001年,偏南的美国亚利桑那州也有极光出现,且甚为壮观。据分析,其成因是AR9393活动区的日冕物质抛射。

2000年4月在捷克观测到的极光,是同年4月1日太阳爆发的产物。(图片提供:Jan SafarBrno Observatory

严格来说地球极光分为两类,一是地球磁层中的高能粒子沿磁力线冲向地球大气,形成了极地夜间常见的帘幕状极光。另一种则是从地磁场缝隙中流入的太阳风粒子,产生的多是昼间尖状极光,某种意义上说这与金星极光类似,不过是肉眼不可见的。

受到带电粒子冲击的大气分子或原子会发出辉光,波长取决于离子的种类,正是不同的元素造就了不同色彩的极光。举例来说,高层大气中的氧原子可以发出红光,而低空的氧则辐射绿光。蓝、紫光是由电离氮分子发出的,同时氮也会发射红光。卫星观测同样探测到了高能极光。

极光出现在几百千米的高度上,因此倘或从高度相当的太空轨道上俯瞰地球极光,也是别有一番风味:

2003年3月底从国际空间站拍摄的极光。(图片提供:Don Pettit, ISS Expedition 6 Science Officer, NASA

地球上的极光虽然壮观,却不一定是好事,尤其是低纬度极光。毕竟这是太阳剧烈活动的产物。大量带电粒子冲入地球磁层导致的是磁暴,短波通信中断、卫星受损,甚至电力系统也会遭到破坏。

火星极光在发现前一直是存在争议的,原因同样是磁场:火星没有全球性的磁场。不过后来火星全球勘探者号探测到了火星的磁场异常现象,并探测到了类似极光的斑块,使得火星极光的假说更有说服力。直接观测则是由欧洲空间局的火星快车在2005年率先作出的。

火星快车观测到的紫外闪光,这就是火星极光。(图片提供:F. Leblanc and D. Brain)

与先前的预料类似,火星极光集中在地壳强磁场的尖端,而不是极区。不过极光仅可在紫外波段观测到。由磁场不均匀导致的极光在整个太阳系中仅火星一例。

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