12月1日，
北京怀柔、门头沟区
罕见地记录到了极光现象
话题#北京极光#冲上热搜
在怀柔拍到的极光。拍摄：浦石
@中国国家地理频道 转发网友@Artravelersr 附极光图片的微博称这是“北京史上第二次极光影像记录！”
极光是怎样产生的？
极光是怎样产生的？地球上大部分能量都来源于太阳，极光也不例外，其能量的来源也是太阳。太阳是一个时刻都在进行核聚变的巨大天体，除了给地球提供能量以外，核聚变还会不停产生大量高能带电粒子。这些物质喷涌而出，充斥在整个太阳系，被形象地称为太阳风。大家知道，地球磁场就如同盾牌一般，可抵挡来自宇宙的“千军万马”。
因此，太阳风并不会直接吹到地球上，而是在地球磁场的作用下围绕地球储存起来，当储存的能量饱和时，就会沿着磁力线跑到地球大气层，在与大气相互碰撞后，大气中的原子和分子获得能量并释放，这就形成了让我们大饱眼福的极光。
“极光”的“极”是指地球地理南北极吗？
“极光”的“极”代表什么呢？是指地球地理南北极吗？其实不然，“极光”的“极”指代的是地球磁场南北极。在中学阶段我们学过，地球的磁轴（也就是连接地球磁场南北极的假想直线）与地球的自转轴是具有一定夹角的，这就导致大多数极光出现的位置虽然在地理极区附近，却并不是环绕着地理极点的。
地理南北极与地磁南北极的夹角
（改编自Smithsonian Magazine）
有意思的是，地球磁轴与自转轴的夹角并不是固定不变的，也就是说磁极所对应的地理位置是可以发生变化的。两千多年前的磁极比现在离中国近多了，这也就使得战国时期在中国看见极光比现在容易得多。
为何在北京也能看到极光？
尽管极光主要出现在高纬度地区，但是中低纬度地区也会出现极光，只是频率比较低。其实，通常情况下，北京所在的北纬40度左右地区，每年可能会有几天到几十天能观测到极光。
不过，这只是一个大致的估计，具体数字可能会因地理位置、气候条件和太阳活动的变化而有所不同。
有时极光甚至会在赤道附近的低纬度地区出现，这种现象被称为“极光暴”。这种情况虽然较为罕见，但一些赤道附近的国家和地区确实曾记录到这种现象。这通常发生在太阳活动特别强烈的时候，太阳风的能量能够越过赤道附近的磁场边界，使得极光可见性扩展到低纬度地区。
为什么在北京看到的极光是红色的？
我们平时看到的极光图片，大多是在极圈附近拍摄的，就颜色看，以绿色居多。但为什么在我国、欧洲、澳洲等中低纬地区拍摄的极光，却以红色为主呢？
这需要我们对极光颜色的空间分布有一个认识，在不同高度，极光的颜色不同。极光产生的高度范围为距离地面的80—1000公里，主要集中在90—400公里。在300公里以上，是以波长670纳米的浅红色为主；200—300公里，以波长630纳米的深红色为主；100—200公里，以波长557.7纳米的绿色为主；100公里以下，则是蓝色、紫色或多种颜色混合成的深红色。
人类观测极光示意图
资料来源/李斌
绘图/吴筱兰
有过在海上看远处帆船经验的人知道：最先看到的是帆船的桅杆，然后才是帆船的船体。我们站在地面上看极光，与看远方帆船的道理相似。地球表面有一定弧度，我们看远方物体时，该物体的最下面部分有可能被地球球体遮挡住。
因此，如果观测点离极光太远，极光下部的绿色就可能被大气中的云或附近的山、建筑物遮挡。另外，类似于太阳的余晖，红色光线由于折射率小，能传播到更远的地方。因此，中低纬度的人去观察高纬度地区的极光，看到红色极光的概率就较大。在我国看到的极光主要是红色，这也意味着我们离极光卵还很远。
为什么今年中国经常出现极光呢？
关注新闻的读者朋友可能会感觉今年报道了好几次中国出现极光的消息，有的拍摄于我们熟悉的漠河，也有拍摄于乌鲁木齐和克拉玛依的。这就不免令人好奇，今年是不是有什么特殊的自然环境导致了中国经常出现极光呢？
答案是肯定的。今年中国经常出现极光主要是因为经常有强磁暴发生和磁极正在逐渐向东漂移。
“强磁暴”是什么意思呢？先说“磁暴”，磁暴指地球磁场的全球性剧烈扰动，一般是由太阳风暴引起的，因为太阳风暴会使太阳喷射出能量很高、超声速的物质。而“强磁暴”的产生过程是这样的：能量很高、超声速的物质到达地球后会压缩地球的磁场，造成地球磁场的扰动，此时如果物质具有南向磁场（即与地球磁场的方向相反），则会引起更加剧烈的扰动。可以用电吹风吹头发的过程类比太阳风暴喷射物质到达地球的过程：当我们以不同温度、不同风速的风（对应不同能量与速度的太阳物质）吹头发时，感受到的风吹头发的程度（对应磁场扰动程度）都是不一样的。
太阳物质喷向地球引起磁场扰动的过程
磁暴的影响是什么？
对于我国将可能出现的地磁暴活动，清华大学天文系副教授蔡峥解读，磁暴是太阳活动造成的一种现象，其中太阳发射的高能粒子与地球的磁场相互作用，会对电子通讯产品产生一定影响，对普通人的身体健康几乎没有影响。
磁暴可能会影响无线电波的传播，从而干扰地面通信和卫星信号，这可能影响导航卫星系统的精确度，以及手机和卫星电视的信号质量。同时，强烈的磁暴可能会对电力传输系统产生影响，增加输电线路的电流负荷，有时甚至可能导致变压器或其他电网设施损坏，引起电力中断。
目前，磁暴对...直接健康影响的研究仍在进行中，但有理论认为强烈的地磁活动可能会影响动物的迁徙和导航能力。“更多的影响可能是对在国际空间站等环境中工作的宇航员，磁暴期间的辐射增加可能对宇航员有安全问题，通常需要采取额外的防护措施。”
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来源： 中国科学报 、中国国家地理、中科院地质地球研究所、中国新闻社、人民网、新京报、北京晚报等。
编辑：一缕阳光
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