绚丽多彩的极光，竟是30年前这场大停电的元凶？｜尧中华( 二 ) 文章转载自“格致论道讲坛”

照明需要能量，我们在家里开灯就需要使用电能，在夜空中点亮极光自然也是需要能量的。这个能量的来源其实不难想象，地球上大部分能量的来源都是太阳。比如植物生长就需要太阳的能量，而极光的能量来源也是太阳。

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▲太阳-地球空间系统（来源:NASA）
太阳本身是一个进行着非常剧烈的核聚变的球体。除了通过太阳光给地球提供温暖的能量以外，核聚变还会不停地产生大量的高能带电粒子。它们喷涌而出，以高速的太阳风的形式充斥整个太阳系，也吹到地球以及其他行星上。这些太阳风所携带的能量和物质就是产生极光的原始的能量物质。
▲动画来源：NASA
我们来通过这个视频看一下整个过程是如何发生的。太阳正在向外喷发高能带电粒子，我们称这些物质为太阳风，它们会与地球相互作用。地球有磁场，就相当于一个盾牌，能挡住太阳吹来的太阳风。因此太阳风不会直接吹到地球上，而会围绕着地球储存起来。但磁场所能储存的能量并不是无限的，同任何一个蓄能系统一样，它储存到足够多能量的时候就会释放出来。这些能量就会沿着磁力线跑到地球的大气层。当这些高能带电粒子与大气相互碰撞以后，会使得大气中的原子分子获得能量。这些原子分子获得能量后就要释放出来，就形成了极光。

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▲图片来源:AustinMontelius/UniversityofIowa
我们看到的极光主要是绿色、红色和紫色的，这实际上与大气的成分有关。因为大气中最主要的两种成分是氧气和氮气，所以这极光的颜色主要就来源这两种大气成分。比如绿光实际上就是氧原子发出来的光。
在中国能看见极光吗？
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由于带电粒子是沿着磁力线沉降到极区的，所以我们看到的极光都发生在磁场的北极或者南极。恰巧现在的磁轴与地轴、即地球绕着转的这根轴是高度一致的，大概就差了十来度，所以我们会感觉到极光发生的地理位置是在南极和北极。

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▲最容易看到极光的极光椭圆带
现在磁轴相比地轴实际上是往北美那边偏的，这个偏差使得极光带往北美偏了一点点，所以比起亚洲，北美更容易看到极光。
但是磁轴并不是永远都偏向那边，在历史上磁轴其实是漂移的。比如在一两千年前，磁轴曾经偏向了西伯利亚这边，那时在中国境内就比在北美更容易看到极光。

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▲漠河(53.5°N,122.3°E) ，地磁纬度：42.70°N
因为我做极光研究，大家经常会问我：尧老师，你别解释那么多，就说今天在中国到底能不能看到极光？
如果要在今天的中国看极光的话，最可能看到的地方应该是在最靠近极区的地方，也就是位于漠河的北极村。它在中国这只“雄鸡”的鸡冠附近，地理纬度为53.5° 。但因为地磁轴是往北美那边偏的，因此北极村的地磁纬度是42.7° 。要知道现在极光的平均位置大概是六十多度，所以这两者的差距还是很大的。

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▲《栾城县志》
说到这个问题，在近代中国历史上，我们是否曾观测到极光呢？答案是肯定的。上图展示的是《栾城县志》的内容，栾城是今天河北石家庄的栾城区，离北京不远。这是己未年即咸丰九年秋八月癸卯夜的记录，换算过来就是1859年9月2日的晚上。那个晚上， “赤气起于西北，亘于东北，平明始灭” 。意思是大气中的红色发光气体从西北开始一直延伸到了东北，直到快接近早晨时才开始灭下来。这里的红色发光气体“赤气”描述的就是红色的极光。