為什麼極光會出現在天空?地球的「霓虹燈」原理是什麼?

極光是出現在高緯度天空中的彩色光帶,常見於北極圈或南極圈附近。它有時像綠色窗簾在夜空中飄動,有時像粉紅、紫色或紅色的雲霧慢慢展開。北半球看到的叫北極光,南半球看到的叫南極光。雖然它看起來像天空自己在發光,其實背後是一場來自太陽、地球磁場和大氣的合作表演。

太陽不是安靜發光的燈泡,它表面一直很活躍,會把許多帶電粒子往太空吹出去,這股粒子流稱為太陽風。當太陽風來到地球附近時,地球的磁場就像一個看不見的保護罩,會擋住大部分粒子,讓它們不會直接衝向地面。

不過,地球磁場在南北兩極附近比較像漏斗形,會引導一部分帶電粒子沿著磁力線往高空大氣前進。這些粒子速度很快,撞上大氣中的氧氣和氮氣分子時,就會把能量交給它們。分子得到能量後會變得「興奮」,接著又回到原本狀態,並把多餘能量以光的形式放出來。這些光,就是我們看到的極光。

可以把它想像成夜市裡的霓虹燈。霓虹燈管裡的氣體受到電能刺激後會發光;極光也是類似道理,只是「燈管」變成地球高空的大氣,「電力」來自太陽送來的帶電粒子。不同氣體、不同高度,會發出不同顏色。氧氣常產生綠光,也可能在更高處產生紅光;氮氣則可能帶來藍紫色或粉紅色。

為什麼極光多半出現在兩極附近?這和地球磁場的形狀有關。磁場會把太陽風粒子導向靠近磁極的地方,所以加拿大、阿拉斯加、冰島、挪威、芬蘭、瑞典,以及南極洲附近,比較有機會看到。偶爾太陽活動特別強,帶電粒子變多,極光範圍也會往較低緯度擴展,讓平常不容易看見的人也有機會目睹。

如果想觀察極光,最好選在高緯度地區、天氣晴朗、遠離城市燈光的夜晚。月光太亮、雲太厚或光害太強,都會讓極光不容易被看見。有時肉眼看到的是淡淡灰綠色,手機或相機長時間曝光後,顏色反而更明顯,這是因為相機能累積更多微弱光線。

極光提醒我們,地球並不是孤單地待在太空中。太陽的活動會一路影響到地球周圍,而我們頭頂的磁場和大氣,正在默默保護生命。當夜空出現流動的光幕時,那不只是美麗景象,也是一堂發生在天空中的自然課。

(完)


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範例問題:

  1. 為什麼極光比較常出現在靠近南北兩極的地方?
  2. 如果沒有地球磁場,太陽風可能會對地球造成什麼影響?
  3. 你覺得用霓虹燈來比喻極光,哪裡相似、哪裡不同?

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