梦幻般的光芒-极光.PDF

－歷史氣候學期報告－ 夢幻般的光芒 -極光 大綱: 一.極光簡介 二.極光與太陽活動的關係 三.歷史上的極光 .結論 四 地理系91級二甲 蔡麗芳487230360 方慈君487230351 陳俊廷 一.極光介紹 1.型態： 夜空的極光，狀似緩慢移動線條的搖曳布幔，但近看此布幔的光簾，其實是由東向 西伸長的大量弧形光集合而成，波浪般向西移動後再順著磁極方向繞回來，最後光線 聚集呈混沌狀態。 由此布幔和線條的正下方觀看極光，則可以看到「日冕型極光」，如果極光夠明亮， 可以看到由空中四散的多彩極光捲成大氣漩渦的形狀。 淡色的極光看起來是白色，逐漸明亮後才出現色彩，而淡綠色可以說是極光的特 徵，亮度增加時，下半部呈現明亮的綠色，上半部則為淡紅色。在極光最明亮時，在 綠色極光下方出現深紅色宛如界線般地兩種顏色輪廓分明。 極光的色彩變化並分緩慢改變，而能形成明顯色差的原因是由地球大氣中多種原子 和分子輻射出來之不連續波長的光，而非陽光連續波長的光。 2.成因： 通常極光是出現於離地面100至200公里的高空，這個區域屬於高層大氣領域。也 就是說極光是發生在太空空間與地球介面處，最具戲劇性的物理現象。 太陽不斷釋放電子和質子，我們稱之為「太陽風」（solar wind）極光就是太陽風 對地球磁場及大氣產生交互作用出現的現象。 太陽風經由太空空間到達地球，將地球磁場形成圓錐狀的「地球磁力圈」，地球磁 力圈擁有數千公里到數十萬公里的廣闊領域，可儲存得自太陽風的能量。地球磁力圈 的夜側部分（背向地球的一側）是如慧星般帶著長長的尾巴，稱為「磁力圈尾」。位 於磁力圈尾的電子會接受此能量的一部份，並改變方向射入地球。 當電子運送的能量大幅增加時，由此引起「極光風暴」現象。極光風暴多發生於太 陽活動很活躍的極大期中。太陽活動活躍的時期，小規模的極光風暴是數星期出現一 次，大規模者則數月出現一次。 射入地球的電子是順著磁場被引導到及地，並與地球高層大氣中的稀薄氣體碰撞， 大氣中的氣體分子或原子由此取得電子的部分能量因而產生分子分裂，或者造成不穩 定而高能量的「激發態」 定顏色的光線，之後就回復到穩定狀態，此光即極光。 3.分類： 接近地表的大氣中大部分是氮分子和氧分子，但是在100公里以上的高空，除了分 子鍵結力較強的氮分子能保持分子狀態外，氧分子則被來自太陽的紫外線分結成氧原 子。因此，100公里以上的的高層大氣是以氮分子及氧原子為主，100公里上下以氮 分子為主，接近200公里的高空則是氧原子較多。 電子撞上氧原子之後，氧原子及處於一種不穩定的激發態，並輻射出各種顏色的 光，其中最明亮的是紅色和綠色。 而氮分子和電子相撞也會出現不穩定的激發狀態，而部分不穩定的氮分子會與氧原 子碰撞而發生作用，促使氧原子變成釋放出綠色光的激發狀態。這個波長為 -9 公尺 )被稱為極光綠線的綠色光，占了極光中綠色成分中的絕大部 558nm( 1nm=10 分。而由氧原子輻射出630nm波長的紅色光，被稱為「極光紅線」，只發生在較高處， 這是因為在高度150公里以下，不穩定激發狀態的氧原子與氮分子相撞後成為穩定的 狀態。而氮和氧之間的交互作用現象，會隨高度變化而改變其元素的含量比率和狀態 等，而造成不同顏色的極光。 具有極大能量的極光穿透進100公里以下時，氧原子就結合成氧分子，成為極光簾 幕最下端處出現的紅色部分，並且出現綠色光追趕紅色光的場面，這是因為氧原子被 激發到輻射出綠色光需要約1秒鐘的時間，而氮分子則是立即輻射出紅光。 4.顏色 地球大氣的組成使極光顯現不同的色彩，所以我們只有透過大氣的組成，才能了解 極光的顏色變化。接近地表的大氣中，大部分是氮分子和氧分子，但是在100公里以 上的高空，除了不易被分解的氮分子能保持分子狀態之外，氧分子則被來自太陽的紫 外線分解成氧原子。所以，100公里以上的高層大氣是以氧原子和氮分子為主要成 分，不過100公里上下的高空是以氮分子的含量較高，接近200公里的高空則是氧原 子含量較高。 電子撞上氧原子之後