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- 當氣體粒子處於一種高能階的「準穩定態」之激發態時，若氣體夠稀薄，在該準穩定態的生命期結束前，該氣體粒子都尚未與另一個氣體粒子相碰撞，則該氣體粒子就會自發性的由目前的準穩定態跳到下一個較低能階的準穩定態或基礎穩定態，並放出一定波長的光。
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一、極光的分類. 甲、依照出現位置分類. 極光如同天使頭上的光環般套在地球的南北極。. 位在北極的稱為「北極光」。. 位在南極的稱為「南極光」。. 北極光與南極光有時可如同鏡中的影像一般成對出現。. 乙、依照性質分類. 極光依其性質可分為連續一片的 ...
- 概觀
- 基本介紹
- 極光形態
- 觀測區域
- 基本分類
- 產生原因
- 自然特徵
- 研究發展
- 觀測地點
- 其它行星
極光（Aurora），是一種絢麗多彩的電漿現象，其發生是由於太陽帶電粒子流（太陽風）進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區的高空，夜間出現的燦爛美麗的光輝。在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。
極光常常出現於緯度靠近地磁極地區上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定有時作連續性變化。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。
•中文名：極光
•外文名：Aurora，Aurora Borealis，Polar light
•形狀：帶狀、弧狀、幕狀、放射狀等
•極光區：離磁極25°～30°的範圍
•條件：大氣、磁場、高能帶電粒子
•定義：地球南北兩極附近地區的自然現象
極光，是由80～500公里高空的電爆引起禁歸阿發的光現象。 地球的“磁南極”和“磁北極”構成的強大磁場是呈弧形磁力線作螺旋運動移向兩極，從而使極地上空大氣層若干氣體發出光芒。
極光
根據關於極光分布情況的研究，極光區的形狀不是以地磁極為中心的圓環狀，而是卵形。極光的光譜線範圍約為3100～6700埃，其中最重要的譜線是5577埃的氧原子綠線，稱為極光綠線。
大多數極光出現於地球上空90-130千米處。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。但有些極光要高得多，高度可達560-1000千米以上。
由於地磁場的作用，這些高能粒子轉向極區，所以極光常見於高磁緯地區。在大約離磁極25°～30°的範圍內常出現極光，這個區域稱為極光區。地磁緯度在60°-90°的範圍稱為極光區，地磁緯度45°-60°之間的區域稱為弱極光區，地磁緯度低於45°的區域稱為微極光區。
極光依性質可分為擴散極光和分立極光兩種類型。即使在黑暗的天空中，肉眼可能還是看不見擴散極光散發出瀰漫在天空中的微光和形狀，但它定義出了極光帶的範圍。
極光
分立極光是在幾乎看不見的擴散極光中能夠明確看出形狀的部分，肉眼很坑檔永容易就能看見它們，最亮時的亮度足以在夜晚閱讀書報。但分立極光還是只能在夜空中被看見，因為它的亮度還不足以在陽光下呈現。極光在極光帶中出現時通常是瀰漫性的光斑或弧形，且通常是在裸眼可見的程度之下。分立極光通常會顯示出磁場線或像簾幕狀的結構，最常見的是綠色的螢光，並少盼員付且可以在數秒鐘內發生變化，或是幾個小時光度都不符淚變。
按照極光的形態分類，可分為勻光弧極光、射線式光柱極光、射線式光弧光帶極光、簾幕狀極光、極光冕等。
按照極光觀測的電磁波波段，可分為光學極光、無線電極光等。
按雷射激發粒子類型，可分為電子極光、質子極光等。
極光出現於星球的高磁緯地區上空，是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光，來自地球磁層和太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。極光不只在地球上出現簽組台，太陽系內的其他一些具有磁場的行星上也有極光。
極光一般只在南北兩極的高緯度地區出現，但是2010年8月1日的太陽風暴恰好面向地球爆發，攜帶大量帶電粒子的太陽風準確無誤地“擊中”地球，與地球磁場相互作用產生“磁暴”，使美國密西根州、丹麥和英國等緯度稍低的地區都能夠看到美麗的北極光景觀。專家稱，這一次的太陽風暴並沒有像事先推測的那樣破壞全球的衛星和電信系統，卻給地球帶來一場壯麗的“焰火盛會”。
極光
極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣（大於80km）時，與大氣中的原子和分子碰撞雄歡連蒸並激發，能量釋放產生的光芒形成圍繞著磁極的大圓圈，即極光。
極光之美
極光被視為自然界中最漂亮的奇觀之一。早在2000多年前，中國就開始觀測極光，有著豐富的極光記錄。極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比，在自然界中還沒有哪種現象能與之媲美。任何彩筆都很難繪出那在嚴寒的兩極空氣中嬉戲無常、變幻莫測的炫目之光。 極光有時出現時間極短，猶如節日的焰火在空中閃現一下就消失得無影無蹤；有時卻可以在蒼穹之中輝映幾個小時；有時像一條彩帶，有時像一團火像一張五光十色的巨大銀幕，仿佛上映一場球幕電影，給人視覺上以美的享受。如果我們乘著宇宙飛船，越過地球的南北極上空，從遙遠的太空向地球望去，會見到圍繞地球磁極存在一個閃閃發亮的光環，這個環就叫做極光卵。由於它們向太陽的一邊有點被壓扁，而背太陽的一邊卻稍稍被拉伸，因而呈現出卵一樣的形狀。極光卵處在連續不斷的變化之中，時明時暗，時而向赤道方向伸展，時而又向極點方向收縮。處在午夜部分的光環顯得最寬最明亮。 極光 長期觀測統計結果表明，極光最經常出現的地方是在南北磁緯度67度附近的兩個環帶狀區域內，分別稱作南極光區和北極光區。在極光區內差不多每天都會發生極光活動。在極光卵所包圍的內部區域，通常叫做極蓋區，在該區域內，極光出現的機會反而要比緯度較低的極光區來得少。在中低緯地區，尤其是近赤道區域，很少出現極光，但並不是說壓根兒觀測不到極光。1958年2月10日夜間的一次特大極光，在熱帶都能見到，而且顯示出鮮艷的紅色。這類極光往往與特大的太陽耀斑暴發和強烈的地磁暴有關。在寒冷的極區，人們舉目瞭望夜空，常常見到五光十色，千姿百態，各種各樣形狀的極光。毫不誇大地說，在世界上簡直找不出兩個一模一樣的極光形體來，從科學研究的角度，人們將極光按其形態特徵分成五種：一是底邊整齊微微彎曲的圓弧狀的極光弧；二是有彎扭折皺的飄帶狀的極光帶；三是如雲朵一般的片朵狀的極光片；四是面紗一樣均勻的帳幔狀的極光幔；五是沿磁力線方向的射線狀的極光芒。 極光之美 極光形體的亮度變化也是很大的，從剛剛能看得見的銀河星雲般的亮度，一直亮到滿月時的月亮亮度。在強極光出現時，地面上物體的輪廓都能被照見，甚至會照出物體的影子來。最為動人的當然是極光運動所造成的瞬息萬變的奇妙景象。我們形容事物變得快時常說：“眼睛一眨，老母雞變鴨。”極光可真是這樣，翻手為雲，覆手為雨，變化莫測，而這一切又往往發生在幾秒鐘或數分鐘之內。極光的運動變化，是自然界這個魔術大師，以天空為舞台上演的一出光的話劇，上下縱橫成百上千公里，甚至還存在近萬公里長的極光帶。這種宏偉壯觀的自然景象，好像沾了一點仙氣似的，頗具神秘色彩。令人嘆為觀止的則是極光的色彩，早已不能用五顏六色去描繪。說到底，其本色不外乎是紅、綠、紫、藍、白、黃，可是大自然這一超級畫家用出神入化的手法，將深淺濃淡、隱顯明暗一搭配、一組合，好傢夥，一下子變成了萬花筒啦。 根據不完全的統計，能分辨清楚的極光色調已達一百六十餘種。極光這般多姿多彩，如此變化萬千，又是在這樣遼闊無垠的穹窿中、漆黑寂靜的寒夜裡和荒無人煙的極區，此情此景，此時此刻，面對五彩繽紛的極光圖形，親愛的讀者，你說能不令人心醉，不叫人神往嗎？無怪乎在許許多多的極區探險者和旅行家的筆記中，描寫極光時往往顯得語竭詞窮，只好說些“無法以言語形容”，“再也找不出合適的詞句加以描繪”之類的話作為遁辭。是的，普通的美麗、壯觀、奇妙等字眼在極光面前均顯得異常的蒼白無力，可以說，即使有生花妙筆也難述說極光的神采、氣勢、秉性脾氣於萬一。
神奇聲音
北極光是指常出現於地球高緯度地區高層大氣中的發光現象，是太陽風與地球磁場相互作用的結果。北極光非常絢爛美麗，而伴隨北極光發生的，是一種很神秘的聲音。 一直以來，有關這種神秘的北極光聲音流傳著許多的傳說，也讓在荒野的人們感到恐懼和敬畏。 北極光發出的這種含混不清的爆裂聲的來源，終於首次在科學上得到了合理的解釋。 芬蘭阿爾托大學的科學家們發現了北極光神秘聲音的來源，這種聲音產生於距地面70米的空中。與此相比，由地球磁場干擾而產生的絢爛而變幻莫測的北極光，則是產生於距離地面120千米的高空。 為了找到聲音的來源，科學家們利用了三個互相獨立的麥克風，在觀測點記錄下了北極光的聲音。接著，科學家們對這些聲音進行對比分析，從而最終確定了北極光聲音的來源。當北極光在觀測點出現的同時，芬蘭氣象研究所也同步測量到了伴隨北極光產生了地磁干擾。 阿爾托大學的萊恩（Unto K. Laine）教授表示，“我們研究發現，在北極光出現期間，人們可以聽見一種伴隨極光自然產生的聲音。過去，我們認為極光離我們太遠，不可能會聽到極光發出的聲音，這種推斷沒有錯，但事實是，極光是由太陽產生的能量粒子干擾地球磁場而產生的，它們在很遠的天邊，伴隨極光的聲音也是由類似原因而產生，只不過產生這種聲音的地方離地面更近。” 有關北極光神秘聲音產生的具體原因仍然是一個迷，這種聲音並不是每次都會伴隨極光而來。從被記錄下來的聲音來看，這種聲音聽起來像是一種含混不清的爆裂聲，並往往只持續一小段時間。另外一些聽到過極光聲音的人把這種聲音描述為一種噼啪聲，並且感覺聲音的距離很遠。通過這些不同的描述，科學家們推測北極光聲音產生的背後可能有著若干不同的原理。
•1619年，伽利略以羅馬神話的曙光女神奧羅拉（Aurora）之名創造出“aurora borealis”一詞。伽利略解釋極光是由反射從地球上上升蒸氣的太陽光。法國數學家皮埃爾·伽桑狄在1621年以希臘語的北風稱之為“Boreas”。
•沃爾特·威廉·布賴恩特在他的書《克卜勒》（1920）一書中寫第谷·布拉赫“認為順勢療法醫師似乎有什麼東西，他懷疑是硫，治癒了北極光的硫磺蒸氣帶來的傳染性疾病”。
•1741年，歐羅夫·休爾特和安德斯·攝爾修斯觀測到出現在頭頂上方的極光，並描述為受到磁場控制。這表示（以後獲得證實）大電流會與極光有所關聯，流出的區域就是極光的源頭。
•班傑明·富蘭克林認為“神秘的北極光”是北極地區被水和其它的濕氣增強了濃度而強化的帶電粒子。
•19世紀中後期，伊萊亞斯·羅密士（1860）和稍晚的赫爾曼·費茨（Hermann Fritz, 1881）先後詳細敘述極光與磁場的關係。
•1882年，特隆歐爾（S. Tromholt）確定極光主要出現在圍繞地球磁極約2500公里半徑的環形“極光帶”。在距離磁極約2000公里的地理北極則幾乎不曾出現過極光。暫態分布的極光（“極光橢圓”）則稍有不同，中心會由磁極向夜側偏移3-5度，所以當磁極位於太陽和觀測者之間對齊時，毫無疑問的極光弧在子夜會最偏向赤道的方向。這也是觀賞極光最佳的時段，稱為磁性子夜。
大多數極光發生在地球上空90～130千米處。美國匹茲堡磁緯高，就比在北京看到極光的機會大多了。2004年11月7日晚，較強極光匹茲堡出現過。 肉眼能看出綠色，紅色。2003年11月20日傍晚，極光出現於匹茲堡南方地平線，一小時後消退。半夜時又發生於北方低空。2003年10月30日出在匹茲堡的極光，雖然是在光污染嚴重的市內，但仍能看到紅色的光芒。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。
極光
在地平線上的城市燈光和高層建築可能會妨礙我們看光，所以最佳的極光景象要在鄉間空曠地區才能觀察得到。美國的費爾班克斯一年有200多天能看到極光；而在佛羅里達州，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世紀中葉，瑞典一家地球物理觀象台的科學家發現，當該台觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現不規則的方向變化，變化範圍有1度之多。與此同時，倫敦的地磁台也記錄到類似的這種現象。由此他們認為，極光的出現與地磁場的變化有關。原來，極光是太陽風與地球磁場相互作用的結果。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，當它吹到地球上空，會受到地球磁場的作用。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊後所發出的光的前面色不一樣。例如氧被激後發出綠光和紅光，氮被激後發出紫色的光，氬激後發出藍色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。
科學家已經了解到，地球磁場並不是對稱的。在太陽風的吹動下，它已經變成某種“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。由於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、磁場強度很弱的極尖區。因為電漿具“凍結”磁力線特性，所以，太陽風粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區進入地球磁尾。當太陽活動發生劇烈變化時（如耀斑爆發），常引起地球磁層亞暴。於是這些帶電粒子被加速，並沿磁力線運動。從極區向地球注入，這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使後者被激發——退激而發光。不同的分子，原子發生不同顏色的光，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，極光的顏色和強度也取決於沉降粒子的能量和數量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視螢幕。地球磁場為電子束導向磁場。極光的形成與太陽活動息息相關。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。
極光
在許多以往看不到極光的緯度較低的地區，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，出現了極光景象。在地球北半球一般看不到極光的地區，甚至在美國南部的佛羅里達州和德國的中部及南部廣大地區也出現了極光。當夜，紅、藍、綠相間的光線布滿夜空中，場面極為壯觀。雖然這是一件難得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出現了絢麗的色彩，在許多地區還造成了恐慌。據德國波鴻天文觀象台台長卡明斯基說，當夜德國萊茵地區以北的警察局和天文觀象台的電話不斷，有的人甚至懷疑又發生毒氣泄漏事件。這次極光現象被遠在160公里高空的觀測太陽的宇宙飛行器ACE發現，並發出了預告。在台北時間4月7日凌晨零時三十分，宇宙飛行器ACE發現一股攜帶著強大帶電粒子的太陽風從它旁邊掠過，而且該太陽風突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時後，這股太陽風到達地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見的造化神工。
木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場（木星在赤道的磁場強度是4.3高斯，相較之下地球只有0.3高斯），而且兩者也都有強大的輻射帶。哈勃太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光。在巨大氣體行星上的極光看起來與地球的相似，也是由太陽風提供能量，另外，木星的衛星，特別是埃歐，更是木星極光的能量來源。這些電流是沿著場線（場準直電流）涌生出的，肇因於衛星繞著行星公轉的相對運動，引起的發電機機制。有著火山活動和電離層的埃歐，是帶電粒子的強力來源，從1955年開始就在研究由它的電流所發射出來的電波輻射。使用哈柏太空望遠鏡也在埃歐、歐羅巴和甘尼米德上觀測到極光，當木星磁氣圈的等離子撞擊到它們稀薄的大氣層時，就會產生極光。在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內在（行星本身）的磁場，金星的極光呈現不同的形狀和強度，看起來是明亮但瀰漫的補丁，有時會分布在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側的大氣層。在2004年8月14日，火星快車號上的儀器SPICAM檢測到火星的極光。這道極光位於erra Cimmeria，東經177°，南緯52°，輻射區域大約寬30公里，高度在8公里左右。經由分析包括火星全球探勘者號過去的地殼磁場異常資料，科學家發現輻射的地區是相對來說是區域性的局部磁場最強的地區。這種相關性顯示，電子是通過火星地殼的磁力線與被激發的大氣層移動。
拍攝到的木星極光
南歐洲天文台發表了在2000年11月拍攝到木星上極光的照片，和木星兩極上空的煙霧，這是科學家第一次清楚拍攝到木星兩極的情況。
木星（Jupiter）離地球（Earth）約六億一千萬公里，過去，科學家曾經利用太空總署（NASA）的哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope），拍攝到木星極光（aurora）的照片，不過，使用南歐洲天文台（European Southern Observatory）的紅外線（infrared）望遠鏡，科學家可以更清楚地觀察到木星極光和北極上空的煙霧。
科學家指出，極光是環繞木星的磁軸（magnetic axis），而這些煙霧，是環繞著木星的旋轉軸（rotation axis），是在極光環之下；煙霧是受到木星上的地帶風（zonal winds）影響，這些地帶風是在同一緯度（latitude）上移動的；科學家相信，木星以十小時一次的迅速自轉，也會影響兩極上空煙霧的移動。
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2022年12月30日 · 若依外觀和產生機制而言，極光可以區分為擴散極光（diffuse aurora）和分立極光（discrete aurora）兩類。 所謂的擴散極光，是由被磁力線束縛住的帶電粒子沿著磁力線移動，當高度降低以致接近極區時，如果粒子符合進入逸損錐（loss cone）的條件，就會 ...
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分立極光通常會顯示出磁場線或像簾幕狀的結構，最常見的是綠色的螢光，並且可以在數秒鐘內發生變化，或是幾個小時光度都不變。 其他分類： 極光按形態可分為 勻光弧極光 、 射線式光柱極光 、 射線式光弧光帶極光 、 簾幕狀極光 和 極光冕 。
極光依其性質可分為連續一片的「擴散極光」，以及不連續的「分立極光」。 「擴散極光」如同氣輝般，光度暗淡且均勻的分布在中、高緯度的夜空中。
以定性而言，極光大致可分為兩類：一種是在水 平方向、瀰漫一片的擴散極光（diffuse aurora ）。另 一種是垂直方向，一片片像簾幕似的、掛在高空的分 立極光弧（discrete aurora ）。由於絢麗的極光（圖一） 通常指的是分立極光弧，本文的重點也將放在極光弧
