谁持彩练当空舞

遥望夜空的极光，其形状象缓慢移动并且摇着的布幔，但近看这个布幔的构造时，可发现这其实是由东向西伸长的大量弧形光集合而成，波浪般的向西移动后再顺着地球磁极方向绕回来，最后光线聚集成混沌状态。
　　
　　由布幔般的光帘和线条的正下方观看极光，则可看到“日冕型极光”。如果极光足够明亮，可以看到由空中四散的多彩光卷成巨大旋涡的形状，至于产生旋涡状的原因尚待研究。
　　
　　淡色的极光看起来是白色，逐渐明亮后才出现色彩，而淡绿色可以说是极光的特征，亮度增加时，下半部呈现明亮的绿色，上半部则可以看到淡红色。在极光最明亮、最活跃时，在绿色极光下方出现深红色宛如界线般地两种颜色轮廓分明。
　　
　　极光的色彩变化速度非常快，而能形成明显色差的原因是极光是地球大气中多种原子和分子辐射出来的不连续波长的光，而非阳光似的连续波长的光。
　　
　　千变万化的极光帘幕
　　
　　看到极光的人都会被色彩鲜艳、时时刻刻变化多端的极光帘幕所吸引，通常极光是出现于离地面100—200公里的高空，这个区域属于高层大气领域。也可以说，极光是发生在太空空间与地球界面处最具魅力的物理现象。
　　
　　太阳不断释放出大量电子和质子，我们称之为“太阳风”。极光就是太阳风对地球磁场及大气产生交互作用出现的现象。
　　
　　太阳风通过太空空间到达地球，使地球磁场形成圆锥状的“地球磁力圈”，地球磁力圈拥有数千公里到数十万公里的广阔领域，可储存来自太阳风的能量。地球磁力圈的夜侧部分(背向太阳的一侧)象彗星一样拖着长长的尾巴，被称为“磁力圈尾”。位于磁力圈尾的电子会接受这种能量的一部分，并改变方向射入地球。
　　
　　极光会依射入地球的电子数目以及太阳风而发生变化，并使电子运送的能量大幅增加，由此引起“极光风暴”现象，而在此现象出现之时正是观测极光的最佳机会。太阳活动是以11年为1个周期反复出现极大期和极小期，极光风暴较多发生于太阳活动很活跃的极大期中。太阳活动活跃的时期，小规模的极光风暴是数星期出现1次，大规模者则数个月出现1次。目前的太阳活动正处于上升至极大期中，推测于2000年可达最活跃的状态。
　　
　　射入地球的电子是顺着磁场被导引到两极，并与地球高层大气中的稀薄气体碰撞，大气中的气体分子或原子由此取得电子的部分能量因而产生分子分裂，或者形成不稳定而高能量的“激发态”。处于激发态的分子或原子会分别释放出特定颜色的光线之后回复到稳定状态，此时发出的光就是极光。其实这个机制是与电视机或电脑中的阴极射线管是同一原理，阴极射线管是将电子射进荧光物质中，改变其能量状态而使其放出光芒。
　　
　　极光是由电子、质子或更大粒子相互碰撞后才会产生，但通常来自电子的机会较多。电子在离地面大约100公里高处就丧失大部分能量，因此在低于高度100公里处很少看到极光的踪迹。传闻极光曾在高度90公里的云层甚至高山地区出现，但那应该只是一种视觉上的错觉。
　　
　　地球大气的组成使极光显现不同的色彩
　　
　　亮绿、淡红色的极光，相互间具有明确界线，我们只有通过了解大气的组成，才可以了解到极光的颜色。
　　
　　接近地表的大气中，大部分是氮分子(N2)和氧分子(O2)。但是在100公里以上高空，除了分子键结力较强的氮分子能保持分子状态之外，氧分子则被来自太阳的紫外线分解成氧原子(O)。因此，100公里以外高层大气是以氮分子和氧原子为主要成分，不过100公里上下的高空是氮分子含量较高，接近200公里的高空则氧原子含量较高。
　　
　　电子撞上氧原子之后，氧原子即处于一种不稳定的激发态，并辐射出各种颜色的光，其中最明亮的是红色和绿色。
　　
　　另一方面，氮分子与电子相撞也会出现不稳定的激发态，并辐射出红、蓝、紫等不同颜色的光。成为激发态的氮分子中，部分会与氧原子碰撞发生作用，促使氧原子变成能释放出绿色光的激发态。这个波长为558nm(1nm=10-9米)的被称为“极光绿线”的绿色光，占了极光中绿色成分的绝大部分。但是由氧原子辐射出630nm波长的红色光，被称为“极光红线”，只发生在较高位置处。这是因为在高度150公里以下，不稳定激发态的氧原子与氮原子相撞之后成为稳定状态。氧与氮之间如此的交互作用现象，会随高度变化而改变其元素的含量比率和状态等，因此造成不同颜色的极光。

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