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2024年3月26日发(作者：)
极光调研报告
极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的一种彩色发光
现象。
1，等离子体的磁场“冻结效应”
等离子体是一种良导体,其内部可以存在磁场,磁场可以是外加的
也可以是自身通过的电流产生的。一旦等离子体的磁场发生变化,根
据电磁感应定律,等离子体内感应电流的磁场会抵消一部分磁场的变
化.这种现象成为等离子体的磁场冻结效应。
因此,当等离子体在磁场中运动时,内部的磁感线会跟着一起运
动。同样的原因,一块内部没有磁场的等离子体在进入磁场区域时,
会挤压磁感线使之变形。
2, “跨尾电流片”的形成
“跨尾电流片" 的全称是橫跨磁尾的电流层。
但是，当“太阳风”磁场的方向与地球磁层“迎風面”的磁场方
向相反时，部分“太阳风”的粒子和能量会通过一种叫做“磁重联”
的过程进入地球磁层“与风作浪”。由此引起的“大风浪”称作“磁
层风暴”，小一点的“风浪”就是我们这里说的“磁层亚风暴”（简称
“磁层亚暴”或“极光亚暴”）。
物理学家们发现，这种太阳风与地球磁层之间相互作用的增强，
会将地球的磁尾越拉越长，导致“跨尾电流片”越拉越薄，最后会在
同步轨道附近（距地球大約八至十个地球半径远的位置）将“跨尾电
流片”拉断。断掉的电流“走投无路”，只好沿着磁力线向北（南）
磁极流去，然后在极区形成一段长弧，再沿着另一条磁力线流回磁尾
的赤道面，形成一个新的电流回路。当这个电流经过磁层与电离层交
界处，会受到那里的强度达上千伏的Ｖ型电场的加速，从而产生绚丽
多彩的辉光，即我们肉眼看到的极光。那段经过极区的长弧，就是人
们常说的“极光弧”。
由于“跨尾电流片”总是在中部断开，正好对应地球上的午夜的位置，
所以人们无论在何处，总是在午夜前后看到极光。又由于“跨尾电流
片”总是在同步轨道附近断开，对应的磁力线连接到大约北（南）纬
６８度，即北（南）极圈附近，因此这也是极光总是出现在极地上空
的原因之一。
3，“范艾伦辐射带”怎样形成
范艾伦辐射带主要由地磁场中捕获的高达几兆电子伏的电子以及
高达几百兆电子伏的质子组成，其中只有很少百分比像O+这样的重
粒子。范艾伦带粒子的主要来源是被地球磁场俘获之太阳风粒子，这
些带电粒子在范艾伦带两转折点间来回运动。
从几百千米到6000千米的低空称为“内带”，有高能电子的6000
千米以上的高空称为“外带”。一旦带电粒子被捕获，洛伦兹力便控
制它们在地磁层中的运动。范艾伦带内的高能粒子对载人空间飞行
器、卫星等都有一定危害，其内外带之间的缝隙则是辐射较少的安全
地带。
当太阳发生磁暴时，地球磁层受扰动变形，而局限在范艾伦带的
高能带电粒子大量洩出，并随磁力线於地球的极区进入大气层，激发
空气分子产生美丽的极光。
极光是由于高空稀薄大气层中带点微粒所起的作用。在80-1200千米
的高空大气层中，空气是非常稀薄的，极光就在那里发生。
4，极光的形成
极光（Aurora或Polar light或Northern light）出现于星球的
高磁纬地区上空，是一种绚丽多彩的发光现象。而地球的极光，由来
自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原
子激发（或电离）而产生。
极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺
一不可。极光不只在地球上出现，太阳系内的其他一些具有磁场的行
星上也有极光。
太阳是一个庞大而炽热的球体，在它内部发生聚核反应，产生了
强大的带电微粒流，并从太阳发射出来。当这种带点微粒流射入地球
的大气层时，就与稀薄气体分子猛烈地冲击起来，于是产生了发光现
象，这就是极光。
就极光的发光原理讲,目前一致认为,它是太阳风等离子体的带电
离子 (以32c一770公里/秒的速度从日冕射出)与地球高空大气粒子
碰撞(约350公里高度),使大气粒子激发而产生的光电现象。极光的
光谱基本上是组成电离层的氧和氦分子,原子和离子的谱线。
通过长期为研究现在已经明确:极光是与地磁场密切相关的现象。
从某种意义上可以说,它是地球的一种磁光现象,极光常与磁暴同时
发生,每年极光出现的日数与太阳黑子数呈现同样的变化趋势。
5，极光常见于南北极的原因
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为"
太阳风"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，是一束可以覆盖地球的
强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约
每秒400公里的速度撞击地球磁场。
地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发
出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降，进入地球的两极地区。两
极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。在南极
地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光。
地球就像一块巨大的磁石，而它的极性在南北两极附近。从太阳
发射来的带点微粒流受到地磁场的影响，以螺旋形的运动方式趋近于
南北两极。所以，极光大多在南北两极附近的上空出现。
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