極光是地球周圍的一種大規(guī)模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達(dá)地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時(shí)，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光。

極光出現(xiàn)在地球高磁緯地區(qū)，是一種罕見的自然景觀。極光不止出現(xiàn)在地球，在太陽系其它具有磁場的行星上，也會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。那極光是如何形成的呢？

在地球南、北兩極附近的高空，夜間常會(huì)出現(xiàn)一種奇異的光。其色彩斑斕：有紫紅色，有玫瑰紅，有橙紅色，也有白色和藍(lán)色。

其形狀也是千差萬別：有的像空中飄舞的彩帶，有的像一團(tuán)跳動(dòng)的火焰，有的像帷幕，有的像柔絲，有的像巨傘。這種大自然的“火樹銀花不夜天”的景象就是極光。

早期觀點(diǎn)

1、本杰明·佛蘭克林的理論：神奇的北極光是濃稠的帶電粒子和極區(qū)強(qiáng)烈的雪和其他的濕氣作用造成的。

2、極光的電子來自太陽發(fā)射的光束。這是克利斯蒂安柏克蘭在 1900 年提出的說法，她在實(shí)驗(yàn)室用真空室和磁化的地球模型，顯示電子是如何被引導(dǎo)至極區(qū)。這個(gè)模型的問題包括本身缺乏在極區(qū)的極光、負(fù)電荷本身自行散射這些光束、而且仍然缺乏任何太空中的觀測(cè)證據(jù)。

3、破水桶理論：極光是溢流出的輻射帶，這是詹姆斯·范艾倫和工作伙伴大約在 1962 年首先提出的。他們指出在輻射帶內(nèi)獲得的巨大能量很快就會(huì)在極光的漫射中耗盡。不久之后，很明顯地，陷在輻射帶內(nèi)的都是高能的帶正電離子，而在極光內(nèi)幾乎都是能量較低的電子。

4、極光是太陽風(fēng)中的粒子被地球的場線引導(dǎo)至大氣層頂端造成的。這適用于極光的尖點(diǎn)，但在尖點(diǎn)之外，太陽風(fēng)沒有直接的作用。另一方面，太陽風(fēng)的能量主要都留駐在帶正電的離子，電子只有 0.5eV，而在尖點(diǎn)上會(huì)上升至 50～100eV，這仍然遠(yuǎn)低于極光的能量。

現(xiàn)代觀點(diǎn)

極光是地球周圍的一種大規(guī)模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達(dá)地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時(shí)，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光。

根據(jù)美國國家航空航天局“瑟宓斯衛(wèi)星任務(wù)”（Themis mission）傳回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽釋放的帶電粒子像一道氣流飛向地球，碰到北極上空磁場時(shí)又形成若干扭曲的磁場。

帶電粒子的能量在瞬間釋放，以燦爛眩目的北極光形式呈現(xiàn)，而地球的極光主要只有紅、綠二色是因?yàn)樵跓岢蓪拥牡獨(dú)夂脱踉颖浑娮幼财?，分別發(fā)出紅色和綠色光。

這項(xiàng)研究是由美國加州大學(xué)洛杉磯分校的安吉羅波洛斯主持，其研究結(jié)果已于 2007 年 12 月 9 日在“美國地球物理聯(lián)合會(huì)”的學(xué)術(shù)會(huì)議中發(fā)表。

瑟密斯衛(wèi)星任務(wù)的 5 個(gè)人造衛(wèi)星群 2007 年 2 月成功發(fā)射升空，3 月在阿拉斯加和加拿大上空偵測(cè)到北極光出現(xiàn)兩小時(shí)，同一時(shí)間衛(wèi)星也偵測(cè)到帶電粒子流接觸到北極磁場。

而讓安吉羅波洛斯驚訝的是，帶電粒子和磁場接觸形成的地磁風(fēng)暴以每分鐘 650 公里的速度掠過空中，威力相當(dāng)于芮氏規(guī)模 5.5 的地震。

科學(xué)家早就懷疑，北極光的能源來自帶電粒子與北極磁場接觸產(chǎn)生的扭曲磁場，但這個(gè)理論一直到 2010 年 5 月才獲得證實(shí)，當(dāng)時(shí)瑟密斯任務(wù)的衛(wèi)星群從地球上空 6 萬多公里首度測(cè)到扭曲磁場的結(jié)構(gòu)。

極光是地球周圍的一種大規(guī)模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達(dá)地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線（Field line）集中到南北兩極。

在北半球觀察到的極光稱北極光，南半球觀察到的極光稱南極光，經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北緯度 67 度附近的兩個(gè)環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，阿拉斯加的費(fèi)爾班克斯（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現(xiàn)象，因此被稱為“北極光首都”。

地球磁層磁力線攜帶太陽風(fēng)的能量進(jìn)入地球內(nèi)部，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)了地磁場的形成。在這磁層磁力線閉合環(huán)路上除了有地球內(nèi)部的導(dǎo)電體之外，另外還有大氣層的電離層這一弱導(dǎo)電體。

當(dāng)太陽風(fēng)強(qiáng)烈時(shí)，磁力線能量遇到地球內(nèi)部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，于是就在電離層處形成了極光。

最近，因?yàn)樾滦l(wèi)星技術(shù)， 日本科學(xué)家第一次直接觀測(cè)到帶電粒子沉淀進(jìn)入地球大氣的合成波散射電子。沉淀的電子通量足夠強(qiáng)烈，可產(chǎn)生脈動(dòng)極光。

這是人類探究極光產(chǎn)生現(xiàn)象的里程碑事件！未來，由于新技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家會(huì)繼續(xù)探究極光產(chǎn)生的具體原因。