北极报告:北极光到底是什么?

化学、天体物理学和魔法的结合

纵观历史,人们为北极光构想出了各种各样的解释。特罗姆瑟博物馆的馆长 Per Helge Nylund 说,这些神话在北极地区各不相同。在芬兰,北极光被称为“狐火”,被认为是魔法。在挪威西部,人们认为它们是挥舞着手套的少女。在渥太华,它们被视为一位强大精神发出的信标。维京人相信北极光是神与人之间的桥梁。而西伯利亚人则相信北极光是一位真正的女神。

即使在今天,神话依然存在。日本文化认为,在北极光下怀孕生下的孩子,一生都会受到好运的庇佑。

这对当地的旅游业来说是件好事。事实上,特罗姆瑟旅游组织主任 Trond Øverås 表示,仅仅四年的时间里,该市冬季旅游业就增长了 271%。如今,这已成为一项价值 3900 万美元的产业。这在很大程度上要归功于该组织最近开始将特罗姆瑟作为一个理想的冬季度假目的地进行营销,以观赏北极光。

这座城市就位于北极光带的正中心,这是一条围绕地球、位于磁极下方的一个纬度带。在这个区域内,北极光在十月到三月的黑暗无云的夜晚可见。但与其他大多数位于该区域内的地区不同,特罗姆瑟是一个高度发达的城市,拥有充足的酒店、餐厅和文化活动。此外,它还有一个机场,现在有直飞伦敦的航班。

它们名字的由来

挪威太空中心的天体物理学家 Pål Brekke 说,维京人在航行于海洋之上时,能很好地看到这种多彩的景象,他们是第一批称之为“北极光”的人。而在意大利的伽利略则称之为“北极光”,意思是“红色金色北方”。

考虑到意大利的距离,这似乎有些奇怪,但这些光线在靠近地球时呈绿色,在高层大气中则呈红色。绿色部分只能在北部地区看到。伽利略从更南的纬度看到这些光线,因此他看到的是上层部分。

北极光的科学原理

Nylund 说,要产生北极光,你需要四种主要成分:能源、能量载体、磁场和大气。幸运的是,地球拥有这四种要素。(有趣的事实:木星和土星也有!)

北极光是太阳活动和地球磁场的结合引起的。当太阳表面发生日冕物质抛射时,会释放出电子喷流,这些电子通过太阳风被输送到我们这里。

earth sun solar wind magnetosphere
美国国家航空航天局 (NASA)

当这些电子到达地球时(大约 17 小时后),它们会遇到我们看不见但具有保护作用的磁场。(Nylund 将磁场的形状描述为一个拉长的苹果;苹果上用来放柄的凹痕类似于北极上方的一个凹痕)。

这种碰撞会产生带电粒子流,沿着磁场的磁力线流动,直到它们到达上层大气。在这里,它们会激发原子和分子,从而触发极光绚丽多彩的光芒。Brekke 说,这与荧光灯的原理相同,并且可以在两个半球发生。

Nylund 说,颜色与它们可能遇到的不同化学物质有关:绿色是氧原子,粉色是铁,蓝色是氢,橙色是质子。那么,那些似乎在跳舞的光是怎么回事呢?Brekke 说:“你看到的运动是太阳风在拍打我们的大气层。”

一位名叫 Kristian Birkeland 的挪威人首先发现了科学解释。1913 年,他在一个 terrella ,即“小地球”中制造了一个微型人工极光。

他将一个磁化球体放入真空室,然后用电子束观察带电粒子在接近地球时是如何变化的。如今,Birkeland(以及他解释的极光)被印在了 200 克朗的纸币上。

Northern Lights over the bridge
Truls Tiller

它们如何影响我们

Brekke 说,来自太阳的电子爆发会扰乱我们地球上的技术基础设施:GPS 导航以及无线电和卫星通信。在极洞下方,影响甚至更大。

另一个影响是定向钻井。这是指在石油勘探等过程中,钻井是通过地球磁场来引导的。因此,如果发生特别强烈的极光爆发,他表示,可能会导致钻错方向。幸运的是,相关的研究正在进行以解决这个问题。

天空中发光的色彩与它们听起来一样令人惊叹。到目前为止,在我穿越北极的旅途中,我只在巴士窗外瞥见过它们。但即使那样也令人印象深刻。我希望今晚能有晴朗的天空。

更新:Pål Brekke 在挪威太空中心工作

免责声明:此次报道的旅行、住宿和旅游费用由挪威皇家大使馆资助。

 

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白天,布里安娜是一位热衷于编写科学类文章的编辑和作者,她骑自行车穿越曼哈顿的交通。晚上(和周末),她是一位狂热的背包客、帐篷居民和乳酸发酵爱好者。

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