探索神秘的北极光｜星岛教室
2024-09-19 11:42 
在遥远的北极地区，每当夜幕降临，天空便会上演一场绚丽多彩的视觉盛宴——北极光。这一自然奇观以其变幻莫测的形态和令人惊叹的色彩，吸引着无数探险家和摄影爱好者前往探寻。
北极光的诞生
大家都给我的美所吸引，我的诞生有赖两位好友，没有它们一定不能成就美丽的我。第一位好友是太阳先生。太阳是一个炽热的火球，太阳耀斑会释放出大量高能量及高速移动的带电粒子，亦即是俗称的「太阳风暴」。这些带电粒子带同太阳的磁场，走过了差不多2天的路程才来到地球。接着就会遇上我另一位好友——地球的磁场后又会被俘虏，最后被牵引至地球南、北极附近，与大气高层的粒子碰撞，形成绚丽的极光。
太阳每隔11年，活跃程度便会到达高峰。在这些太阳暴怒的时候，它的表面可能发生一些称为「耀斑」的高能爆发，伴随爆发大量的带电粒子被抛射出太空。这些极高能的粒子可能带来了比平时大千倍的能量，使极光变得非常灿烂，所以我的出现，与太阳和地球磁场可算是息息相关。
五彩斑斓谜底
你还可能会羡慕我身上五彩斑斓的色彩，它究竟是从何而来？为甚么时而蓝青，时而泛红？
颜色的不同，取决于3个因素。首先，不同地区的大气成分会影响带电粒子与大气分子碰撞时释放出的光线颜色。例如，如果大气中含有更多氮气，那么可能更容易产生蓝色或紫色的极光。此外，地球磁场在两极地区较为复杂，不同磁场结构可能导致带电粒子在碰撞大气分子时产生不同能量释放，从而呈现出不同颜色。最后，太阳活动的强弱亦会影响极光的颜色。在太阳活动较为强烈的时期，带电粒子的能量更高，与大气分子碰撞时可能产生更强烈的光线，使得极光颜色更加鲜艳。
南极双生儿
地球上其实还存在与我相似的天文现象，它就是我的孖生兄弟「南极光」。南极光与北极光相对应，南极光发生在地球南极的高空，其形成原理与北极光相同，都是由于太阳风与地球磁场相互作用所产生的。尽管南极光和北极光在形成原理上相似，但它们在地球上的出现位置和观测条件却有所不同。
由于地球的自转和公转，北极光主要出现在北半球的高纬度地区，如加拿大、俄罗斯和北欧等地；而南极光则主要出现在南半球的高纬度地区，如南极洲、南美洲和澳大利亚等地。此外，由于地球磁场的特性，南极光和北极光在形态和颜色上亦可能存在一定的差异。南极光在颜色上可能偏向于粉红或蓝紫色。这主要是由于南极地区的大气成分和磁场结构可能与北极有所不同，导致带电粒子与大气分子碰撞时释放出的光线颜色有所差异。而北极光颜色更为多样，包括绿色、红色、紫色等。其中，绿色最常见，这是由于氧原子在高层大气中被激发后释放出的光线。红色则较为罕见，通常出现在更强烈的太阳活动或特定的磁场条件下。
天文世界的亲友
除了北极光和南极光外，宇宙中还存在许多类似的天文现象。这些现象虽然各具特色，但都与太阳、地球磁场和大气等因素密切相关。
- 日冕物质抛射（CME）：这是一种太阳活动现象，表现为太阳表面物质突然向外抛射。当这些物质与地球磁场相互作用时，可能会引发地磁暴和极光等现象。
- 流星雨：是由宇宙尘埃和微小颗粒在地球引力作用下进入大气层时燃烧产生的。这些流星雨在夜空中划过一道道美丽的弧线，为观测者带来无尽的遐想。
- 彗星：是一种由冰、尘埃和岩石混合体组成的天体。当彗星轨道靠近太阳时，太阳的热量和光线会使彗星表面的物质升华并反射太阳光，形成一道明亮的光带。这些光带在夜空中呈现出独特的形态和色彩。
香港见到极光吗？
专家表示，根据外国预测，虽然部分与香港相同纬度如古巴等地区，都可以观看到极光，但目前只有特定地区出现的机会较大，估计在香港见到极光的机会非常低。
不说你可能不知道，我们日常生活中有一个设备，它的工作原理和极光相当相似，可算是隐世极光，那就是霓虹灯。霓虹灯是在灯管两极加强电压来加速电子，再藉着高能电子撞击灯管中低密度的气体粒子来使气体发光，这原理就跟极光的产生是一样的喔！
小知识，大智慧
- 为甚么北极光和南极光主要出现在地球的两极地区？
- 如果地球没有磁场，还会发生北极光和南极光吗？
参考答案
- 因为这些地区的磁场线较为集中，使得太阳风中的带电粒子更容易沿着磁场线进入地球高层大气中，与大气分子发生碰撞并产生极光现象。
- 如果地球没有磁场，那么太阳风中的带电粒子将无法被引导至地球高层大气中，因此也就不会发生北极光和南极光现象。磁场在极光形成过程中起到了至关重要的作用，它使得带电粒子能够沿着特定的路径进入大气层，并与大气分子发生碰撞产生极光。
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：仁济医院罗陈楚思中学校长杨佩珊
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