自2019年开始，太阳进入第25个活动周期，活动日益频繁，2025年前后将迎来活动的高峰，太阳耀斑、日冕物质抛射可能会频繁发生。2023年4月发生了一次强烈的地磁暴，这是第25个太阳活动周期开始以来最强的一次太阳活动，导致我国黑龙江漠河、新疆克拉玛依等地出现了绚丽的极光现象。受太阳活动影响，在2023年11月5日、 12月1日，黑龙江漠河地区又多次出现极光。尤其是12月1日晚，我国多地都传来有人看到极光的消息。一名网友在北京怀柔郊区拍摄了一段绝美的极光美景，不仅刷爆了天文爱好者的朋友圈，更让“北京极光”这个话题登上了热搜榜。

极光有一个神秘又美丽的名字——欧若拉（Aurora）。欧若拉原本是指古罗马神话中的一位女神，她掌管着黎明和曙光，每天早晨飞向天空，向大地宣告黎明的来临。1619年，意大利天文学家伽利略以欧若拉之名创造出了“Aurora Borealis（北极光）”一词，赋予其新的含义。

《黎明女神欧若拉》，圭尔奇诺于 1621— 1623 年创作的壁画 图片来源 / 维基百科

极光经常出现的地方是北极圈和南极圈附近，在北半球观察到的极光被称为“北极光”，在南半球观察到的则被称为“南极光”。当然，极光并非地球的专属，太阳系内其他一些具有磁场的行星上也有极光。

极光产生的原因

极光是高纬度地区上空的一种自然发光现象。当太阳风磁场与地球磁场发生磁重联，太阳风高能粒子会沿着重联的磁力线进入地球两极，在引起地磁扰动的同时，与大气中的氧原子和氮原子发生剧烈的碰撞。在碰撞过程中，高能带电粒子将其能量转移到大气中，从而将氧原子和氮原子激发到更高的能量状态。当氧原子和氮原子放松回到较低的能量状态时，它们会释放光子，这些光子就是我们所看到的极光。这个过程类似霓虹灯或荧光灯的发光原理。

极光主要出现在地球的南、北两极，并且彼此是镜像的。当极光在一个半球变得活跃时，同时在另一个半球也会变得活跃。极光以磁极为中心，呈环带状区域，该区域又被称为“极光卵”。在较大的地磁暴期间，极光卵会膨胀，远离两极，因此在南、北极圈附近大部分地区都可以看到极光。

极光是地磁暴的一种表现形式。有两种类型的太阳事件会产生与明亮、活跃的极光相关的地磁暴。第一种是日冕物质抛射（CME），可以描述为从太阳喷出的几十或上百亿吨等离子体，以每秒数千千米的速度传播，两到三天后抵达地球周围空间。当CME到达地球时，它可以引发地磁扰动，从而产生一些最明亮、最活跃的极光，此时的极光向赤道方向延伸最远。第二种可以产生中等规模地磁暴的太阳事件被称为“冕洞”。冕洞是高速太阳风的来源。当高速的太阳风到达地球时，可以产生活跃的极光。但是，冕洞引起的地磁暴和极光远不如CME引起的明亮、活跃。温和的太阳风也会产生极光，因此即使没有大的地磁暴，某些地区通常也会有微弱的极光。

春分和秋分前后，极光出现的概率也大于冬、夏两季，这是因为地球转轴垂直于太阳磁力线，两者磁力线重叠效果最佳。春分之后夜晚看到极光的时间，则不如秋分之后的长。

本图显示了磁层和电子加速的位置（左边红色 区域），右边的红色区域是产生夜间极光的电子加速的地方，也是产生地磁暴过程的来源 图片来源 /NOAA/SWPC

极光的颜色和形态

我们平时在网络、电视、报刊上看到的极光大多是绿色，其实极光也有很多种颜色。这与地球大气的成分有关，大气中氧和氮的含量决定了极光的颜色。而不同的海拔高度，氧和氮的含量也是不同的。

红色极光出现在最高处，是太阳风与300千米处的氧原子反应后辐射出630纳米的红光。这种颜色的极光不易看到，只有在太阳活动强烈的情况下才可能出现。绿色极光出现在中间高度，是太阳风与120~400千米处浓密的氧原子反应后辐射出557纳米的绿光。紫色极光出现在最低处，来自氮原子。

通常，有人说目视极光是淡白色的。事实并非如此，这实际上是人眼夜视的一种表现。人眼在不区分颜色的情况下，优先挑选亮度。只有当极光相当明亮时，人眼才能区分真正的绿色、红色和其他颜色。另外，数码相机通常比人眼更灵敏，可以在极光太暗而人眼无法看到时，捕捉到极光和极光的颜色。

极光除了颜色不同，形状也不同。通常，极光看起来很像窗帘，大致向东、西方向分布，会跟随地磁场扭曲和摆动，就像风吹在窗帘上一样。除了帘幕状极光，还有射线状极光、均匀极光等。另外，也可以根据激发粒子的来源分成质子极光和电子极光。

本图显示了地球磁力线和沿着磁力线行进到高 层大气的电子，绿色阴影区域显示了以磁极为中心的极光卵 图片来源 /NOAA/SWPC

观看极光的条件

要想看到极光，主要取决于两个因素：地磁活动（地球磁场的干扰程度）和你所在的位置。进一步考虑的因素，是观测所在地的天气、光污染、满月等情况。

极光在高纬度地区更容易看到，通常发生在南、北极圈附近、纬度60˚~75˚、宽约5个纬度的环带区域。在冰岛、挪威、瑞典、美国阿拉斯加等高纬度地区，一年中有一半以上的夜晚都能观测到极光。傍晚和早晨的极光不太活跃，观察起来也不太有趣。午夜的极光是最活跃、最明亮的。在清晨，极光会呈现出更像云的样子，反复闪烁，然后随着太阳从东方升起而消失。

当空间天气活动增加，出现更频繁、更大的太阳风暴时，极光会向赤道方向延伸，较低纬度地区也会出现极光。历史上有记载的最严重的一次太阳风暴发生在1859年9月，这就是“卡林顿事件”，造成了长达8天的恶劣空间天气，当时甚至有人在赤道附近地区看到了极光。

龙形态的北极光，2019 年 2 月 6 日拍摄于 冰岛 摄影 / 张敬宜

看看你与极光的邂逅概率

为了知道你是否有机会看到极光，你需要查看地磁Kp指数（全球磁场指数）、极光预报图以及所在地的地磁纬度。

1.地磁Kp指数

这是一个简单的地磁指数，被用来描述每日每3小时内的地磁扰动强度，用数字0~9来划分强度等级。

Kp指数与极光卵的纬度范围之间存在近似关系。这种关系对应的是地磁纬度上的，而不是地理纬度上的。

2.极光预报图

极光的亮度和位置通常显示为以地球磁极为中心的绿色椭圆。当预报极光更加强烈时，绿色椭圆会变成红色。在NOAA（美国国家海洋和大气管理局）空间天气预报中心（SWPC）的页面上，可以查阅到最新的极光预报图。

NOAA 的极光30 分钟短期预报图，依次为 Kp=3 安静的极光，Kp=5 中度极光，Kp=7 活动 极光，Kp=9 非常活跃的极光 图片来源 /NOAA/SWPC

3.地磁纬度

地球的地理两极和磁极并不完全相同，存在11.5˚的夹角，所以地理纬度不等于地磁纬度，而且地球磁轴还向北美洲偏移。因此，地磁纬度才是我们需要的纬度。请注意，并不是极光边缘必须到达你所在的磁纬才能被你看见，其实在极光边缘的4~5个纬度距离，你便可以看到它。那么，你知道所在地的磁纬吗？这里有一种简单的方法来帮助你，所在地的地理纬度减去10˚左右才是你要的地磁纬度。

当你知道了所在地的磁纬，就可以结合当前的地磁Kp指数和极光预报图来判断你是否能看到极光。我国大部分地区处于中纬度地带，即使是我国最北端的漠河，纬度也只有53˚，看到极光的机会不多，并且大概率看到的是以红色为主的极光。而且，如果你想看到极光，还需要选择一个晴朗的夜晚，并且没有城市灯光或月光的干扰。

文/于建峰

来源: 《科学大众》杂志