“极光”能画出来，你敢信？
2015-06-11中国国家地理中国国家地理
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点击上方 “中国国家地理”可订阅哦！ 最 初，极光这种神奇的现象给人们带来的并非美的享受，而是好奇和恐惧：居住在北极圈内的爱斯基摩人认为极光是走向天国的通道，是亡者的幽灵用火把为后来者点亮的通道贾昊；生活在拉普兰（其地理位置包括挪威、瑞典、芬兰和俄罗斯在北极圈内的地区）的萨米人对极光则充满恐惧，认为极光会携带斧头飞越天空，杀死任何嘲笑它的人，因此在明亮极光下行驶的雪橇不允许使用钟铃，以免惊动极光而遭遇不幸贾昊；北美福克斯的印第安人则认为，向极光发出哨声，相当于用魔法召来鬼魂和神灵……
在16世纪的画作中，人们想象极光是天空中的蜡烛
从最开始出于对未知的恐惧中走出后，人类对极光这种神奇的现象就充满了好奇和探索的欲望。关于极光的成因人们展开了五花八门的想象：亡者在天堂点燃的火炬、火狐狸尾巴扫起的雪花在月下的反射、格陵兰冰原反射的光芒……凡所种种，不可胜数。图为1570年，在古波希米亚地区古登堡发生了一次极光，当时的人们把它想象为云层之上点燃的蜡烛，并用一幅木版画描绘了下来。
17世纪，以波兰王后为模特，绘制的极光女神画像
在波兰华沙的维拉诺宫，王后化妆间的天花板上，留存着一幅绘制于1681年的油画。这幅油画名为《欧若拉》，画家以波兰国王约翰三世的王后为模特，绘制了传说中的极光女神欧若拉。欧若拉最初是希腊神话中的曙光女神，神话流传至北欧，又演绎出了新的内涵和版本，欧若拉则被认为是极光女神。
19世纪中期，人们对极光形象的描绘，渐渐从想象转为现实
这幅绘制于1865年的油画，是被誉为美国19世纪后半期最伟大的风景画家——弗雷德里克·埃德温·丘奇的作品。他的画作以逼真而富浪漫主义情趣而闻名。这一作品是根据其朋友艾萨克·以萨列·海耶斯船长的笔记和素描绘制的，细心观察你会发现船长的船就出现在画的左下方。作为一位常年在外的旅行家，丘奇还凭借自己的极地知识，于1859年航行到了北美哈得孙湾与大西洋间的拉布拉多半岛海岸。
关于极光的口头传说还有许多，这里就不一一赘述。但关于极光最早的文字记载却并非来自北欧，目前较为公认的是中国《汉书·天文志》中的记载：“孝惠二年（公元前193年），天开东北，广十余丈，长二十余丈”——记录者认为极光是天被分开后漏出的光。到了13世纪以后，人类关于极光有了一些系统和更近乎实际的看法，比如有人认为极光是格陵兰冰原反射的光芒。而17世纪欧洲的一些极光研究者则认为，极光是月光被高空中的水和冰反射后看到的光线，甚至到今天，有些人仍持有这样的观点。
关于极光的种种想象，也映射在了画纸上。极光的图像记录最早出现是在欧洲的一些画作当中，最初极光被描摹为飞翔的女神、云端之上的蜡烛抑或是火狐狸的尾巴……相对客观和科学的描绘直到19世纪才出现。
强烈吹拂的太阳风，与保护地球的地磁场
太阳无时无刻不在向周围空间发射各种粒子，这些带电粒子流即为太阳风。当超音速的“太阳风”掠过地球时，好像要把地球磁场从地球上吹走似的——在对着太阳的一侧，地磁场被太阳风压缩，而背向太阳的一侧，地磁场被拖拽伸长，形成所谓的磁尾，大量粒子便储存在这里。太阳风与地磁场压力平衡的位置被称为磁层顶，我们可以把它想象成一个羽毛球的形状。这样的结构像一个防护罩保护着地球，使太阳风中的电子很难直接进入地磁场。
这也与真正利用现代科学手段对极光进行研究的时期基本吻合，在19世纪中期，人们开始意识到极光的出现与地磁场的变化有关系——1859年英格兰天文学家观测到一次强烈太阳黑子的事件，18小时后伦敦的Kew观测台站测量到了剧烈的地磁变化，大约一天之后，大洋对岸的耶鲁大学教授Elias Loomis目睹了横跨美国的壮观的极光，并写道：“这是美国历史上（关于极光）最显著的记录。”就此将极光与太阳活动联系起来。
现代科学认为，从现象上说，极光是一种可以在地球高纬度地区的高空中观察到的大气发光现象。1958年人类首次发射火箭进入极光，鉴别出高能电子流是极光的主要激发源。
那么这些高能电子流来自哪里呢？究其源头，它们一部分源自于离我们最近的恒星——太阳，太阳无时无刻不在向周围空间发射各种粒子，这些粒子构成了我们一般所说的太阳风；另一部分则是储存在地球磁场中的高能粒子。
这些带电的高能粒子与高层大气中的分子和原子相互撞击所产生的气体发光现象就是极光。由于地球大气主要由氮气和氧气构成，所以极光的色彩也主要来源于氮和氧。
观察人们拍摄到的各种极光照片，你会发现红色多见于极光顶部，即离地面较远一侧，而底部颜色更接近蓝绿色。这是因为大气层不同高度的气体组分是不尽相同的。
在距地表200公里以上的高空中，大气中粒子浓度比较低，相对而言氧原子的数目最多，带电粒子撞击到氧原子时，氧原子受激发会放出红色光，但这种颜色通常非常微弱，只有在太阳活动强烈的情况下才能被看见。在100—200公里的空中，氮分子的数目最多，其次为氧原子，基态的氮受到撞击时会发出紫光，电离状态的氮则会发出蓝光，但蓝光和紫光不容易被人眼感知；而在这个高度，氧原子的发光过程因为受到其他粒子撞击干扰，转而放出绿色转而放出绿色光来，相当高浓度的氧原子再加上人眼对绿光最为敏感，所以绿色也就成了极光最常见的色彩。再往下走，氧原子的浓度在距离地面100公里的高度迅速降低，电离状态的氮取而代之成为发出可见光的主体。
但在实际观察中，肉眼最常见到的极光其实是灰白色的。因为人眼不像相机可以对各种光线进行选择性过滤和累积，各种色彩混合在一起，如果发光强度都不太大，看到的就是灰白一片，就像夜晚的云一般。
本文选编于《中国国家地理》2015年06月刊
撰文/李斌 摄影/贾昊 等
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