探索天文--跳耀的光精靈─美麗極光

文/林琦峰(台北市立天文科學教育館解說員) |2013.06.14
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美麗極光總是吸引大家目光。圖/天文館志工李秀鑾
美麗極光總是吸引大家目光。圖/天文館志工李秀鑾

極光英文稱為Aurora(或Polar light),一般出現於高緯度區域的南北極圈附近,又可分成北極光Aurora borealis(Northern light)與南極光Aurora australis(Southern light)兩種。據說”Aurora borealis”這一詞是由義大利天文學伽利略,於1619年以羅馬神話中的曙光女神奧羅拉(Aurora)之名所定義。

羅馬神話中,曙光女神奧羅拉是太陽神和月亮女神的妹妹,代表著每日清晨為大地迎接黎明的意思。這樣的命名是非常有趣的,因為極光主要發生在高層大氣中,其絢麗多彩的發光現象,依稀照亮了高層的夜空,彷彿黎明時陽光破曉時刻一般的光景。

但對居住於北極圈的愛斯基摩人而言,極光則是代表著無所不在並擁有神力的精靈,並傳說如果對著極光吹口哨,精靈將會從天而降並砍下其頭顱。對中國來說極光所代表的意義,也依不同的朝代而吉凶不定,一般認為主要以西漢為分界,西漢以前極光常稱之為神光,此光被視為吉兆;而西漢以後極光視為凶兆,常被隱喻將發生天災或人禍之意。其實以科學的角度看,這美麗多彩的極光,是一種在極微觀尺度下的物理發光作用。

一般認為極光的形成與霓虹燈的發光原理相似,夜裡五光十色的霓虹燈,主要是利用燈管兩極加強電壓後加速電子,被加速的高能電子撞擊燈管中的氣體粒子後所產生的發光現象。而不同顏色的霓虹燈,除了燈管內壁塗上不同螢光粉外,還須搭配特定的氣體。

而極光的形成其實是地球高層大氣分子或原子,被來自於太陽發射的高能帶電粒子,或地球磁層的帶電粒子的撞擊結果。當地球高層大氣中的氣體分子或原子,被帶電粒子撞擊後,會暫處於一種高能階的激發態,如果該粒子未與其他粒子交互作用時,該粒子將自發性的將至一個較低能階的基本穩定態,並會放出一定波長的光,這就是我們所見的極光。地球大氣主要由氮(78%)與氧(22%)所組成,綠色極光主要是來自氧原子被帶電粒子撞擊後,而氮分子被撞擊後則多發出紅色或藍色極光。

極光出現的頻率,隨著太陽活動的活躍而增高,當太陽活躍脫離日冕的高速粒子(俗稱太陽風)增多,這些高能粒子,由地球磁層頂進入磁層後,隨著磁力線高速打入高緯地區電離層的極光橢圓圈內,此時極光將增多且更絢麗。2012-2013年太陽進入黑子極大期,太陽黑子增加時,象徵太陽表面活動開始活躍。所以這兩年將是看極光的好時機,但因台灣緯度太低,想看極光的話,必須前往高緯度地區的國家才有機會看到。

一般建議欣賞極光最好的季節是春季及秋季,今年秋季是一個很好的時機,喜歡看極光的人,要趕快規畫行程,錯過了可能要再等11年喔。





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