极光

高纬度地区的观测者经常能观测到来自北方或南方的亮光——北极光或南极光。极光算得上是所有肉眼可见的天文现象中最具观赏性的了，能目睹一次令人瞠目结舌的梦幻极光，是狂热观星者和许多可能只对天文学抱有一丝转瞬即逝的兴趣的人的一生所愿。

何处何时能看到极光

近些年来，极光旅游产业确实经历了一场蓬勃的发展。北美洲的一些地方，如美国阿拉斯加州的费尔班克斯，加拿大育空的怀特霍斯、西北地区的耶洛奈夫和马尼托巴的丘吉尔，都是观赏极光的天堂，游客们乐于忍受冬夜的严寒，只为一睹极光的风采。

在大西洋的另一边，冰岛、挪威北部、瑞典和芬兰也是非常受欢迎的目的地。但是在这些欧洲地区追逐极光时，需要比在北美洲更往北一些（进入北极圈）。这是因为北极光在一道卵形环上出现的频率最高，而这个卵形环以北地磁极为中心，边缘到北地磁极的距离大致为2400千米。注意，是以地磁极为中心，而不是地极，也不是磁极，磁极是你的指南针指向的点。北极正迅速向着远离北美洲的方向移动。

但与磁极不同，北地磁极并没有进行任何快速或远距离的移动，几十年来，它一直位于加拿大的高纬度地区。那些声称北极光正在向北移动、远离北美洲的报道是错误的。

与欧洲相比，北极光在北美洲上空向南延伸的范围要大得多，尤其是在加拿大西部地区。本书的作者戴尔经常能从他所处的艾伯塔省的农村地区观测到极光；而另一位作者位于安大略省的南部，比戴尔的位置更靠东南，他看到极光的次数就少很多。

在南半球，极光在位于南极洲的南地磁极周围形成一个卵形带。由于南极光区所在的陆地人烟稀少，所以大多数南极光都不为人所见。不过，当极光变得活跃并向北移动时，在新西兰的南岛、澳大利亚的南部海岸和塔斯马尼亚岛上，也有机会在南边的地平线上观测到低矮的极光。南美洲和非洲的最南端极少能看到南极光，因为它们距离南极光的卵形带实在太远。

关于极光的一个常见的误解是，它们最常或只出现在冬季。事实上，最壮观的极光通常发生在3月的春分和9月的秋分前后，那时地球的磁场似乎与来自太阳的太阳风有更密切的联系。

灿烂的极光也可以在夏天出现，但不会出现在高纬度地区，因为那里的天空在夏天不会完全变暗。举例来说，在位于北纬62度的耶洛奈夫，戴尔最喜欢的观测点之一，适合观赏极光的暗夜季从8月底持续到翌年4月底。而挪威北部的特罗姆瑟处于北纬69度，其暗夜季则是10月到翌年3月。

与太阳的关联

除了会被云层遮挡住观测视线，极光与地球上的天气状况没有任何关联，天气不是极光的成因，也不会影响它的效果。极光的触发因素是来自地磁尾的电子像雨点一般落入大气层。这条地磁尾逆着太阳的方向绵延数千千米。就像机场的风向标一样，地磁尾也在太阳风的“吹拂”下不断地舞动和拍打，太阳风是由从太阳中释放出的电子流和质子流构成的。

当太阳风强度增加的时候，极光活动也会增强。太阳风随着太阳活动的变化而变化，而太阳活动的激烈程度在大约11年的周期内消长，以可见太阳黑子的数量为标志。前几次太阳活动高峰期是在1991年、2002年和2013年。发生在2009年和2019年的两次低谷期都漫长而明显，在连续几周或几个月的时间里一个太阳黑子都没有出现。在太阳活动的高峰年，太阳表面的耀斑有更大的概率在日冕物质抛射中把太阳的部分大气层（日冕）吹到太空中。在其他时候，日冕上一个持续时间较长的冕洞也能使太阳风变得剧烈起来。

无论是通过哪种方式被强化的太阳风，在经过地球时都会将能量转移给被困在地球周围磁场中的电子。这些被充能的电子从地球夜晚那半边的地磁尾处开始加速，沿着地幔发射的磁场线方向朝着地球飞来。这些电子在北极和南极上空的卵形环上被大气层拦截，然后就像一个老式的阴极射线电视屏幕一样，这部分被电子束击中的大气层开始发亮。

极光最典型的形态宛若垂直悬挂的帘幕，最高能向上延伸到500千米的高度（比空间站的位置高），最低也不低于80千米。即使是在高纬度地区，极光通常会先沿着北边的地平线出现，如同一条绿色的缎带。在一场活跃的极光中，道道光柱直冲高空，用泛着涟漪的光之帷幕和飘带填满整个天空。当这些飘带在你正上方的天顶处汇聚时，就形成了一次冕状的爆发，这是你能目睹到的最壮观的天文盛况之一。在这样的一次爆发之后，极光往往会演变为一片片光斑，在天空中闪烁起伏。

极光中占主导的绿色，其波长为557.7纳米，来自80至200千米高度的发光的氧原子。一些活跃的极光会显现出血红色的色调，它们同样来自氧原子发光，不过较为暗淡，波长为630纳米，通常在极光“帷幕”的顶端，200至500千米的高度出现。在80千米高度，由氮分子电离发出的蓝绿色和红色光相组合，可以为极光“帷幕”的底部镶上一层粉红色的边框。

预测极光

预测我们何时能观测到极光的首要参考数据是行星Kp指数，这是一个衡量地球磁场干扰强度的标准，数值从0到9。Kp指数可以在预测极光的应用程序和网站上查到。即使Kp指数只有1或2，在极光经常发生的卵形环的下方区域，还是有可能观测到清晰的极光的。如果Kp指数达到4或5，那么在加拿大南部和美国北部也可以观测到极光。当Kp指数上升到6至9时，身处美国南部（以及澳大利亚和新西兰）的观测者也可以做一些观测的准备了。而想要在英格兰南部和欧洲大部分地区看到极光，Kp指数需要达到极为罕见的7至9。

此外，Bz指数也很重要。Bz指数用来表现太阳发出的磁场的方向。想要其在最佳角度与地球磁场相连接进而引发极光，Bz应该指向南方，或者说为负值。Bz可以在几分钟内翻转方向，使得极光在短时间里突然变亮。

尽管有一组卫星在对太阳和行星际磁场进行持续观察，但未解的谜团依然存在。2016年1月，科学家和“艾伯塔省极光追逐者”小组的成员聚集在卡尔加里的基尔肯尼爱尔兰酒吧喝啤酒。研究人员在审阅这个小组拍摄的照片时，发现了一种奇特的现象：在卵形极光的赤道方向有一条粉色光弧。这种现象被称为STEVE（Strong Thermal Emission Velocity Enhancement，强热发射速度增强）。卫星测量数据表明，STEVE现象是由水平流动的高温气体引起的，而不像普通极光那样由垂直方向上降落的电子引起。但STEVE的确切性质仍是一个正在持续研究的课题，业余科学家的报告和照片为研究提供了很大帮助。你也可以通过Twitter向@TweetAurora发布目击报告。更多细节，可以访问链接列表07条目的网站。

然而，大多数人只要能看到和拍摄到极光便很开心了，单纯为了娱乐。想要对极光观测活动做一些展望的话，可以访问链接列表08条目的网站，也可以使用那些搭载在移动设备上的应用程序。