極光未必有看上去那么“美”

吳婧怡

北京時間2023年12月1日19時左右，位于我國最北端的漠河再一次出現了明顯的極光現象。此后，北京北部也出現了有記錄以來的第二次極光，內蒙古額爾古納市多地首次發現極光現象……不少網民疑問：是什么導致今年漠河經常出現極光，又是什么導致極光“光顧”北京這樣緯度相對較低的地區呢？

簡單來說，主要原因可以歸納為兩個方面：一是地球磁極的位置正在逐漸向俄羅斯與我國的方向漂移，二是今年經常有強磁暴現象的發生。

“磁極”是什么？磁極就是地球磁場南北極。地球的磁軸（也就是連接地球磁場南北極的假想直線）與地球的自轉軸具有一定夾角，這就導致大多數極光出現的位置雖然在地理極區附近，卻并不是環繞著地理極點的。有意思的是，地球磁軸與自轉軸的夾角并不是固定不變的，也就是說磁極所對應的地理位置是可以發生變化的。磁極附近的區域通常更容易出現極光現象。

21世紀以來，北半球的磁極位置，正在從加拿大方向越過極區，逐漸向俄羅斯與我國“東漂”而來，這意味著當磁暴發生時，在我國看見極光的概率會比之前高一些。如果想知道什么時候能看到極光，可以關注地磁暴的預報信息。當預計有非常強烈的地磁暴發生時，就有很大概率可以看到極光。當然就目前而言，還是在我國緯度較高的地區更容易看見極光。

前文提及的“磁暴”，是指地球磁場的全球性劇烈擾動，一般是由太陽風暴引起的，太陽風暴會使太陽噴發出能量很高、超聲速的物質。而“強磁暴”的產生過程是這樣的：能量很高、超聲速的物質到達地球后會壓縮地球的磁場，造成地球磁場的擾動，這樣一來，如果物質具有南向磁場（即與地球磁場的方向相反），則會引起更加劇烈的擾動。可以用“電吹風吹頭發”類比太陽風暴噴射物質到達地球的過程：當我們以不同溫度、不同風速的風（對應不同能量與速度的太陽物質）吹頭發時，感受到的風吹頭發的程度（對應磁場擾動程度）都是不一樣的。

詩人屈原在《天問》中用“龍”這一意象來描述極光，形象地將其稱為“燭龍”，并發問：“日安不到，燭龍何照？”意思是太陽照不到的地方，極光是如何亮起來的呢？現在我們已經知道，太陽噴發出的物質裹挾著磁場到達地球，使得地球磁場發生劇烈擾動，導致更多的高能粒子沿磁力線進入兩極地區的大氣，通過碰撞激發大氣分子/原子發光，這就是極光。

值得一提的是，中緯度極光大多是紅色的，而不是我們印象中常見的綠色，但是這兩種顏色的極光又都是由氧原子內的電子躍遷產生的，所以是什么導致它們的顏色不同呢？其實就是氧原子的能量和所處的海拔不同。中緯度極光位于250千米-400千米的高度，而極區極光位于100千米左右的高度，這也使得中緯度極光的能量比極區極光的能量要低，能量與波長是成反比的，所以中緯度極光的波長比極區極光的波長要長，也就是從波長較短的綠光變成了波長較長的紅光。在12月1日漠河出現的極光中，能看到綠色，這很大程度上說明此次地磁暴事件非常強烈。

極光很美，但背后的磁暴事件卻對人類的生產生活有巨大威脅。清朝咸豐己未年的《欒城縣志》上，有著“赤氣起于西北”的記載，這對應的是1859年9月的“卡靈頓事件”。根據史料記載，“卡靈頓事件”造成了長達8天的惡劣天氣。所幸那時的人類社會主要依靠蒸汽機和人力，還沒有無線電通信和電力傳輸網絡，“卡靈頓事件”并未給地球帶來過于嚴重的災難。

但到了現代就不一樣了——1989年3月的一天晚上，伴隨著強烈的極光活動，加拿大魁北克省的供電網絡全部癱瘓，全省陷入長達9個小時的黑暗和寒冷之中。與此同時，美國、日本的通信衛星出現異常，全球無線電通信信號受到極大干擾。這次事件雖然不如“卡靈頓事件”強烈，但它對人類生活有著更大的影響。據估算，假設“卡靈頓事件”發生在今天，它直接導致的經濟損失能夠達到數萬億美元。

這一次的地磁暴事件雖然遠沒有“卡靈頓事件”時強烈，但是它也可能讓衛星導航設備的誤差增大、極區輻射增強，從而導致其跨極區飛行風險的增加，甚至有可能影響到信鴿的活動。從這個角度來說，在中緯度地區看到強烈的極光，對我們的日常生活來說未必有看上去那么“美”。

注：作者系中國科學院地質與地球物理研究所博士生

（摘自2023年12月11日《中國青年報》）