关于…极光的一切值得了解的事

当太空天气恰到好处时，大自然最壮丽的景象之一就会在地球两极上方展开。在晴朗的夜晚，可以看到发光的绿色云团缓慢地变成旋转的弧形，覆盖天空——然后消失。然后重复。有时，光线直接出现在头顶，像宇宙之雨一样以绿色、红色和蓝色的阴影落下。这是一种人类已经惊叹了数千年的现象。然而，科学家们仍在解开它的奥秘。

卡灵顿事件

我们现代的理解始于1859年9月1日。英国天文学家理查德·卡灵顿在追踪太阳黑子时，出现了一群他从未见过的不同寻常的太阳黑子。它发出了两道强烈的白光，几分钟后就消失了。这些明亮的闪光预示着一场巨大的爆发——历史上最大的地磁风暴——正向地球袭来。

当它来袭时，风暴如此强烈，以至于火花通过电报机电击了电报操作员，并点燃了他们的纸张。远至夏威夷和萨尔瓦多的南部都出现了罕见的红色极光。这次事件被称为卡灵顿事件，它表明极光是由太阳活动引起的——但半个世纪过去了，科学才能够解释其机制。

预报员仍然难以预测这种太空天气，科学家们也尚未完全理解其细微之处。这项持续的努力对于保护电网和卫星至关重要，它们对数千年来一直令人惊叹的相同电涌敏感。

如何获得那种光芒

地球是一个有两个极点的巨大磁铁。太阳的磁性要复杂一些。我们的恒星有南北极，外加一片极性斑块，这些斑块会撕裂漏洞并引起其大气层爆发。“你会看到一股粒子流从太阳喷射出来，”联邦太空天气预报中心科罗拉多州主任汤姆·伯杰说。这些喷射物为太阳风提供了燃料，太阳风以每秒数百英里的速度冲向地球。

当这些风载粒子——主要是电子和质子——突破地球大气层时，它们就像拉斯维加斯式的霓虹灯一样工作。太阳粒子（电流）沿着地球磁场线（管）流下，并与氮和氧分子（气体）碰撞，激发它们直到它们发出各种颜色的光芒。

特殊K值

地磁风暴的强度是根据行星K指数来衡量的，K指数来源于德语单词“Kennziffer”，意为“指示符”。如果该指数上升到4级（在1-9级范围内），极光很可能出现，并会发布警报，这对于电网和卫星运营商以及极光追逐者来说是一个有用的提示。

用（太阳）风的所有颜色绘画

地球大气层主要由氮气和氧气组成，但确切的浓度随海拔高度而变化。极光的颜色也随之变化。当带电粒子撞击大气气体并使其带电时，就会发生极光。每种气体因此会发出特定的颜色：氧气在常见的极光高度产生绿光，所以我们最常看到的就是这种颜色。

咔嚓、噼啪、砰！

极光观测者长期以来一直报告在强烈显示期间听到奇怪的拍打声和噼啪声，但直到2016年，科学家们才找到了一个可能的解释：一种称为逆温的大气现象。一个聚集了负电荷粒子的暖空气团，在充满正电荷粒子的冷空气层之间形成，而没有混合。地磁扰动迫使积累的电荷放电，产生火花和声音。

太空天气观测员

GOES-16

美国国家海洋和大气管理局于2016年发射的最新气象卫星，也可以监测地磁风暴。

DSCOVR

美国宇航局的DSCOVR航天器可以同时观测太阳和地球，帮助科学家更好地理解和预测空间天气。

太阳动力学观测站

美国宇航局的太阳追踪航天器利用声波——类似于医用超声波——追踪太阳背面正在发生的事情。看到可能很快将面临地球的事件，可以让公司为地磁风暴做准备。

磁重联

2015年，美国宇航局发射了磁层多尺度航天器，以研究地球和太阳风之间神秘的相互作用，即地球磁场线偶尔断裂并重新连接，这也会影响极光活动。

外星极光

地球并非是唯一一个定期上演灯光秀的行星。2014年12下旬，美国宇航局的MAVEN探测器观测到火星大气中的极光。哈勃也捕捉到了木星上的极光，以紫外线光的形式出现。

所有亮点

公元前30000年。早期欧洲人可能将极光的图像雕刻在岩画面板上。

约公元1000年。生活在北极圈以北的萨米人（斯堪的纳维亚半岛的游牧驯鹿牧民）认为极光是死者的灵魂。这些光至今仍以一种叫做“yoik”的歌唱形式被庆祝。

1619年。伽利略根据罗马黎明女神欧若拉（Aurora）和希腊语“北风”创造了“aurora borealis”（北极光）一词。

1859年。卡灵顿事件的强度至今仍令科学家感到恐惧。幸运的是，冰芯记录显示这类事件很少袭击地球。

1882-83年。丹麦天体物理学家索菲斯·特罗姆霍尔特帮助在挪威建立了北极光观测站，以确定极光的高度，并表明极光更可能发生在太阳11年太阳活动周期的顶峰。

1892年。德国天文学家马丁·布伦德尔拍摄了第一张极光照片——一张在挪威北部拍摄的模糊图像。

1909年。挪威物理学家克里斯蒂安·伯克兰证明，当太阳带电粒子撞击地球磁场时，会产生极光。他将一个磁化球体——一个实验室“地球”——放入盒子中，并用电子轰击它。球体在其两极附近发光。

1910年。另一位挪威物理学家卡尔·斯特默开始拍摄极光，通常从不同方向同时拍摄相同的地层。在接下来的四十年里，他将拍摄10万张照片，绘制极光的形状并确定典型的海拔高度为50到100英里。

1958年。美国的第一颗卫星“探索者1号”发现了范艾伦带，这是由太阳风产生的环绕地球的带电粒子带。

1989年。3月12日，一次太阳喷发袭击地球，北极光远至古巴南部。魁北克省停电12小时。

2012年。一次与卡灵顿事件相当的日冕物质抛射从太阳爆发，险些击中地球。