眩目光帶滑過夜空 科學家破解極光之謎

眩目的極光總是讓人感覺非常神秘

在人煙稀少的地球極地，時常會有璀璨壯麗、千變萬化的美麗光帶滑過夜空。出現在北極的，人們稱它為「北極光」，出現在南極則被稱為「南極光」。極光出極地，生活在低緯度區域的居民，更是難於一睹它的芳容，這讓極光愈顯神秘。

最近，中國空間學家曹晉濱等人藉助4顆衛星的觀測數據，首次揭開了極光來源之謎，歐洲空間局網站首頁以「CLUSTER星座計畫揭開地球極光之謎」為題，全面介紹了這項重要成果。

愛斯基摩人認為，極光是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬

早在2000多年，我國就已經出現了關於極光的記載，而在古代的日本、希臘、羅馬也都有關於極光的文字描述。在一些民族的想像裡，極光被賦予崇高的含義，比如愛斯基摩人就認它是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬。由於科學知識的貧乏，在很長的時間裏，人們對極光性質的解釋近乎荒誕。

一種看法認為，極光是地球外面燃起的大火，因為北極區臨近地球的邊緣，所以能看到這種大火。另一種看法認為，極光是夕日西沉以後，透射反照出來的輝光。還有一種看法認為，極地冰雪豐富，它們在白天吸收陽光，貯存起來，到了夜晚釋放出來，便成了極光。

進入19世紀以來，科學家試圖從科學的角度來認識極光產生的原理。有研究認為，肉眼可見的極光是由太陽風（是太陽連續不斷地向宇宙空間輻射出的穩定的粒子流）與大氣原子衝撞產生的，這種看法一度成為極光成因的主流觀點，被各種類型的科普書籍不斷引述。

然而，後來空間物理學家通過觀測發現，太陽風與大氣原子衝撞後可以產生極光，但這種極光極其微弱，而且其沉降區主要在白天一側，肉眼一般無法看到，並不是人們看到的極光的來源。

20世紀80年代末期，美國和歐洲科學家又在地球空間磁尾發現向地球運動的帶電粒子暴發性高速流。不過，這些高速粒子流是如何產生的，是否和極光的形成存在聯繫，一直懸而未決。

磁層亞暴發射的高速粒子流與大氣原子衝撞是極光產生的真正原因

中國空間科學研究院曹晉濱博士應邀擔任歐空局CLUSTER計畫的合作科學家。在這個探測主要磁層的空間計畫裡，有同軌的四顆衛星蒐集數據。曹晉濱想，原來單點衛星在空間只是一個單點，如果利用多點衛星觀測，有望瞭解更多關於極光的信息。

經過深入的研究，曹晉濱的研究組得到了令人信服的數據：95%的磁層亞暴發射高速粒子流時，南北緯65度到70度的橢圓形帶區域都出現了極光現象。可以確定，這些高速粒子流與大氣原子衝撞才是極光產生的真正原因。

據曹晉濱介紹，所謂「磁層亞暴」是地球磁層中巨大能量貯存和突然釋放的瞬變活動，大約每天發生3－4次。亞暴每次釋放的能量大約相當於一次中等地震的能量，除了在地球極區空間環境的劇烈變化，還在地球電離層激發強烈擾動，影響GPS導航信號的接收，以及衛星和地球之間的通信聯絡。所以，這一研究成果不僅說明瞭極光的成因，對於空間天氣研究和預報也有重大意義，並對保障飛行器和宇航員的安全，衛星的安全使用等將發揮重要作用。