人們知道極光至少己有2000年了,因此極光一直是許多神話的主題.在中世紀(jì)早期,不少人相信,極光是騎馬奔馳越過天空的勇士.在北極地區(qū),紐因特人認(rèn)為,極光是神靈為最近死去的人照亮歸天之路而創(chuàng)造出來的.隨著科技的進(jìn)步,極光的奧秘也越來越為我們所知,原來,這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品.
　　產(chǎn)生極光的原因是來自大氣外的高能粒子（電子和質(zhì)子）撞擊高層大氣中的原子的作用.這種相互作用常發(fā)生在地球磁極周圍區(qū)域.現(xiàn)在所知,作為太陽風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時,被地球磁場俘獲,并使其朝向磁極下落.它們與氧和氮的原子碰撞,擊走電子,使之成為激發(fā)態(tài)的離子,這些離子發(fā)射不同波長的輻射,產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩.在太陽活動盛期,極光有時會延伸到中緯度地帶,例如,在美國,南到北緯40度處還曾見過北極光.極光有發(fā)光的帷幕狀、弧狀、帶狀和射線狀等多種形狀.發(fā)光均勻的弧狀極光是最穩(wěn)定的外形,有時能存留幾個小時而看不出明顯變化.然而,大多數(shù)其他形狀的極光通?？偸浅尸F(xiàn)出快速的變化.弧狀的和折疊狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯.極光最后都朝地極方向退去,輝光射線逐漸消失在彌漫的白光天區(qū).造成極光動態(tài)變化的機(jī)制尚示完全明了.
　　在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中,有一種能量被稱為“太陽風(fēng)”.這是一束可以覆蓋地球的強(qiáng)大的帶電亞原子顆粒流,該太陽風(fēng)在地球上空環(huán)繞地球流動,以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場,磁場使該顆粒流偏向地磁極,從而導(dǎo)致帶電顆粒與地球上層大氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成極光.在南極地區(qū)形成的叫南極光.在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象,一般稱之為北極光.
　　大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90～130千米處.但有些極光要高得多.1959年,一次北極光所測得的高度是160千米,寬度超過4800千米.在地平線上的城市燈光和高層建筑可能會妨礙我們看極光,所以最佳的極光景象要在鄉(xiāng)間空曠地區(qū)才能觀察得到.在加拿大的丘吉爾城,一年在有300個夜晚能見到極光；而在佛羅里達(dá)州,一年平均只能見到4次左右.我國最北端的漠河,也是觀看極光的好地方.
　　18世紀(jì)中葉,瑞典一家地球物理觀象臺的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),當(dāng)該臺觀測到極光的時候,地面上的羅盤的指針會出現(xiàn)不規(guī)則的方向變化,變化范圍有1度之多.與此同時,倫敦的地磁臺也記錄到類似的這種現(xiàn)象.由此他們認(rèn)為,極光的出現(xiàn)與地磁場的變化有關(guān).原來,極光是太陽風(fēng)與地球磁場相互作用的結(jié)果.太陽風(fēng)是太陽噴射出的帶電粒子,當(dāng)它吹到地球上空時,會受到地球磁場的作用.地球磁場形如漏斗,尖端對著地球的南北兩個磁極,因此太陽發(fā)出的帶電粒子沿著地磁場這個“漏斗”沉降,進(jìn)入地球的兩極地區(qū).兩極的高層大氣,受到太陽風(fēng)的轟擊后會發(fā)出光芒,形成極光.高層大氣是由多種氣體組成的,不同元素的氣體受轟擊后所發(fā)出光的前面色不一樣.例如氧被激后發(fā)出綠光和紅光,氮被激后發(fā)出紫色的光,氬被激后發(fā)出藍(lán)色的光,因而極光就顯得絢麗多彩,變幻無窮.
　　科學(xué)家已經(jīng)了解到,地球磁場并不是對稱的.在太陽風(fēng)的吹動下,它已經(jīng)變成某種“流線型”.就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮,相反方向卻拉出一條長長的、形似彗尾的地球磁尾.磁尾的長度至少有1000個地球半徑長.由于與日地空間行星際磁場的偶合作用,變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強(qiáng)度很弱的極尖區(qū).因為等離子體具“凍結(jié)”磁力線特性,所以太陽風(fēng)粒子不能穿越地球磁場,而只能通過極尖區(qū)進(jìn)入地球磁尾.當(dāng)太陽活動發(fā)生劇烈變化時(如耀斑爆發(fā)),常引起地球磁層亞暴.于是這些帶電粒子被加速,并沿磁力線運(yùn)動從極區(qū)向地球注入,這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子,使后者被激發(fā)—退激而發(fā)光.不同的分子,原子發(fā)生不同顏色的光,這些單色光混合在一起,就形成多姿多彩的極光.
　　事實(shí)上,人們看到的極光,主要是帶電粒子流中的電子造成的.而且,極光的顏色和強(qiáng)度也取決于沉降粒子的能量和數(shù)量.用一個形象比喻,可以說極光活動就像磁層活動的實(shí)況電視畫面.沉降粒子為電視機(jī)的電子束,地球大氣為電視屏幕.地球磁場為電子束導(dǎo)向磁場.科學(xué)家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息.例如,通過極光光譜分析可以了解沉降粒子束來源、粒子種類、能量大小、地球磁尾的結(jié)構(gòu)、地球磁場與行星磁場的相互作用,以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等.
　　極光的形成與太陽活動息息相關(guān).逢到太陽活動極大年,可以看到比平常年更為壯觀的極光景象.在許多以往看不到極光的緯度較低的地區(qū),也能有幸看到極光.2000年4月6日晚,在歐洲和美洲大陸的北部,出現(xiàn)了極光景象.在地球北半球一般看不到極光的地區(qū),甚至在美國南部的佛羅里達(dá)州和德國的中部及南部廣大地區(qū)也出現(xiàn)了極光.當(dāng)夜,紅、藍(lán)、綠相間的光線布滿夜空中,場面極為壯觀.