浅谈极光现象

《浅谈极光现象》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅谈极光现象物理系唐猛摘要：极光是自然界中最壮美的彩光现象，大多出现在地球南北两极高纬度地区，以及一些高纬度国家，如俄罗斯、挪威、加拿大等，那里平均每年出现极光的次数多达百次。本文简要介绍了地磁场，总结各种解释极光现象产生原因的观点，并提出自己的观点。关键词：极光、地磁场、产生原因一、引言极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的彩色发光现象。一般呈带状、弧状、幕状、放射状，这些形状有时稳定有时作连续性变化。出现在南极的称为南极光，在北极的称为北极光。极光多种多样，五彩缤纷，形态不一，有的像宽阔的幕帘，有的像舞动的游蛇，有的像跳跃的火焰

2、，有的像四散的百褶裙，美丽非凡，摇曳生姿。极光绚丽多彩，变幻莫测，如同一个灵幻的精灵，把夜空装点得绮丽无比。在大约离磁极25°～30°的范围内常出现极光，这个区域称为极光区。在地磁纬度45°～60°之间的区域称为弱极光区，地磁纬度低于45°的区域称为微极光区。极光下边界的高度，离地面不到100公里，极大发光处的高度离地面约110公里左右，正常的最高边界为离地面300公里左右，在极端情况下可达1000公里以上。根据近年来关于极光分布情况的研究，极光区的形状不是以地磁极为中心的圆环状，而是卵形。极光的光谱线范围约为3100～6700埃，其中最重

3、要的谱线是5577埃的氧原子绿线，称为极光绿线。二、正文1、地磁场早在北宋，沈括在他的《梦溪笔谈》中记载：“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.。”“则能指南”说明地球周围有磁场,其磁场方向是大致南北方向的;“然常微偏东,不全南”说明磁石在地磁场中静止时的指向并不是正南正北方向,而是略微偏一些。现代科学使人们对地磁场有了更深刻的认识。科学研究表明,地球有两个磁极,各位于地理的南、北极附近,但并不与地理南、北极重合。在地理北极附近的地磁极是地磁南极,在地理南极附近的地磁极是地磁北极。通过两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大

4、约成11.3度的倾斜。地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，相对比较微弱。地表上的地磁场强度并不均匀，强度因地理位置而有所变化：从0.3高斯（南美地区和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北极附近，澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区）。近地空间地磁场虽然强度较弱,但是它能延伸到很远的空间。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风（从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是

5、电离氢和电离氦）所挟带的带电粒子的作用。地球磁圈在白昼区(向日面)受到带电粒子的力影响而被挤压，在地球黑夜区（背日面）则向外伸出。此外，因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这就是磁层。地球磁层位于距大气层顶600～1000公里高处，磁层的外边界叫磁层顶，离地面5～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间

6、延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微，厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。在中性片两侧约10个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体片。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。2．极光2.1极光产生的原因2.1.1早期观点许多世纪以来，极光一直是人们

7、猜测和探索的天象之谜。在一些民族的想象里，极光被赋予崇高的含义，比如爱斯基摩人就认它是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。由于科学知识的贫乏，在很长的时间里，人们对极光性质的解释近乎荒诞。一种看法认为，极光是地球外面燃起的大火，因为北极区临近地球的边缘，所以能看到这种大火；另一种看法认为，极光是夕日西沉以后，透射反照出来的辉光；还有一种看法认为，极地冰雪丰富，它们在白天吸收阳光，贮存起来，到了夜晚释放出来，便成了极光。同时，有些理论被用来解释这种现象，但现在都已经过时了。　　1.本杰明•佛兰克林的理论：神奇的北极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和

8、其他的湿气作用造成的。　　2.极光的电子来自太阳发射的光束。这是克利斯蒂安柏克兰在1900年提出的说法，她在实验室用真空室和磁化的地球模型，显示电子是如何被引导至极区。这个模型的