太阳“打喷嚏” 极光点亮北方天空

作者简介 南宁市第四中学物理教师，中学高级教师，南宁市教学骨干，全国青少年航空航天模型教育竞赛总决赛优秀辅导员。

11月12日夜至11月13日凌晨，受地磁暴影响，中国最北省份黑龙江多地观测到绚丽极光。 图源：新华社

特邀撰稿人 南宁市第四中学 潘小清

近期，我国北方地区可热闹啦，北京北部、黑龙江鹤岗、内蒙古额尔古纳湿地和新疆乌鲁木齐等多地均出现美丽的极光。这神奇的极光从哪儿来？为何在中国看到的极光多是红色？科学家们又是如何监测和预测极光？今天咱们就一起揭开这些秘密。

1 极光点亮夜空

让我们的夜空变得绚丽多彩的极光，其实是太阳打了个“大喷嚏”带来的。“打喷嚏”指的是太阳的剧烈爆发活动，即太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）。

太阳耀斑是一种与太阳磁场密切相关的磁活动现象，表现为电磁辐射的快速爆发。太阳表面颜色偏暗的区域称为太阳黑子，这里的磁场特别强；当磁场线重组并储存过多能量时，太阳会释放能量，日冕物质就会抛射喷出大量高速带电粒子，增强太阳风（太阳日冕的持续粒子流）。粒子流到达地球后，与大气层碰撞，就产生了极光。

2 极光是这样形成的

极光形成需要三个必要条件：高能带电粒子、大气和磁场。

当太阳发生耀斑等剧烈活动时，会释放大量高速带电粒子流，这些粒子穿越星际空间抵达地球后，与地球磁场相互作用引发地磁活动。在地磁场引导下，部分高能粒子会闯入南北两极高空大气层，撞击大气气体原子并释放能量。

撞击后，原子中的电子会变成不稳定的高能级（激发态），当这些被“激发”的原子恢复稳定时，会以释放特定波长光子的形式，将多余能量“吐”出来：氧原子主要发出绿色或红色光，氮原子则贡献蓝色或紫色光。最终，形成我们看到的绚丽极光。

3 我们有“太空预报员”

极光如何预测？我们的科学家建立了一套强大的“天地联合观测网”。

首先，有专门盯着太阳的卫星，如夸父一号、羲和号等。当太阳磁场发生剧烈扭曲，突然释放出巨大的能量形成太阳耀斑，或产生高速粒子流（太阳风）时，这些卫星就像敏锐的“太空哨兵”，第一时间捕捉到信号。

不过，这股猛烈的太阳风冲到地球附近，通常需要2~4天。科学家们又在南极和北极的关键位置，以及我们国内许多地方，布设了许多灵敏的“地球感应器”，这些仪器能精确测量太阳风撞击地球磁场引发的“震动”。

科学家们还开发了智能预测模型，它们就像“太空天气预报员”，能根据卫星发回的太阳“风暴”信息，快速计算出风暴强度、抵达地球的时间，以及极光最佳观赏点。