极光

极光，是一种等离子体现象，主要发生在具有磁场的行星上的高纬度区域，而在地球上的极光带即是经度上距离地磁极10°至20°，纬度宽约3°至6°的区域。当磁暴发生时，在较低的纬度也会出现极光。现代物理学对其产生原理有详细描述，地球上的极光是由于来自磁层和太阳风的带电高能粒子被地磁场导引带进地球大气层，并与高层大气（热层）中的原子碰撞造成的发光现象。极光不只在地球上出现，太阳系内的其他一些具有磁场的行星上也有极光。极光发现的历史很早，许多解释极光的迷信或过时的理论已经存在数百年了。极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气（>80km）时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，能量释放产生的光芒形成围绕着磁极的大圆圈，即极光。极光最易出现的时期是春分和秋分两个节气来临之前，且春秋两季出现频率更甚夏冬。这是因为在春分和秋分两节气时地球位置与“磁索”交错最甚。另外，在太阳黑子多的时候或当太阳周期在日冕大量抛射增加和太阳风强度增强的阶段时，极光出现的频率和亮度也会增加。在北半球观察到的极光称北极光，南半球观察到的极光称南极光，经常出现的地方是在南北纬度67度附近的两个环带状区域内，阿拉斯加的费尔班克斯一年之中有超过200天的极光现象，因此被称为“北极光首都”。而冰岛由于整个国家都在极光带上，也是北半球受欢迎的观测极光地点。南极光与北极光是同时变化的（可视为北极光的镜像）。在高纬度的南美洲、澳大利亚、新西兰和南极洲可以看见南极光。通常极光出现时，是呈现弥漫性的发光或"窗帘"，大致向东西方向扩展。有些时候，它们形成"静态弧"，其它的"活跃极光"则会不停的变化，不断的改变形态。每一个帘幕由许多平行的光线组成，每一条光线都内衬著当地的磁场线，暗示极光的形状受到地球磁场的约制。事实上，卫星显示电子循着磁场线，朝向地球方向螺旋著移动。与窗帘相似，但皱折更为强烈的被称为"条状（striations）"；当磁场线导引明亮的极光在观赏著的上方绽放，则可能呈现"冕状"或发散的辐射状，这是透视造成的效果。地球的极光主要有红、绿二色是因为在热成层的氮和氧原子被电子激发，分别发出红色和绿色光。氧回到基态是不寻常的：它可以在0.75秒辐射出绿光，但要长达两分钟的时间才能辐射出红光。与其它原子或分子的碰撞会吸收激发的能量，并阻止辐射。因为在大气层的最顶端，氧含量有较高的百分比，但碰撞是稀稀落落的，所以氧有足够的时间辐射出红光。下降到较低层，碰撞的频率变得频繁起来，就没有足够的时间释放出红光，最终，连绿光都因为碰撞过于频繁也被阻止了这就是为何在不同的高度会辐射出不同的颜色；在最高处，由氧的红光主导，然后是氧的绿光和氮的蓝光与红光，最后只有氮的蓝光与红光，而碰撞阻止了氧辐射出任何的光线。绿色是极光中最常见的颜色，在它的后方（上方）是粉红色，混合著浅绿色和红色，紧接着是纯红色、黄色（红色和绿色的混合），最后是纯蓝色。极光依性质可分为扩散极光和分立极光两种类型。即使在黑暗的天空中，肉眼可能还是看不见扩散极光散发出弥漫在天空中的微光和形状，但它定义出了极光带的范围。分立极光是在几乎看不见的扩散极光中能够明确看出形状的部分，肉眼很容易就能看见它们，最亮时的亮度足以在夜晚阅读书报。但分立极光还是只能在夜空中被看见，因为它的亮度还不足以在阳光下呈现。极光在极光带中出现时通常是弥漫性的光斑或弧形，且通常是在裸眼可见的程度之下。分立极光通常会显示出磁场线或像帘幕状的结构，最常见的是绿色的萤光，并且可以在数秒钟内发生变化，或是几个小时光度都不变。现代潮流引导与推荐比照气象学来区分极光的现象，但尚未被完全认同。极光也会发生在其它行星上，与地球一样，它们也出现在行星磁极的附近。木星和土星这两颗行星都有比地球更强的磁场（木星在赤道的磁场强度是4.3高斯，相较之下地球只有0.3高斯），而且两者也都有强大的辐射带。哈伯太空望远镜也很清楚的看见这两颗行星的极光。在巨大气体行星上的极光看起来与地球的相似，也是由太阳风提供能量，另外，木星的卫星，特别是埃欧，更是木星极光的能量来源。这些电流是沿着场线（场准直电流）涌生出的，肇因于卫星绕着行星公转的相对运动，引起的发电机机制。有着火山活动和电离层的埃欧，是带电粒子的强力来源，从1955年开始就在研究由它的电流所发射出来的电波辐射。使用哈伯太空望远镜也在埃欧、欧罗巴和甘尼米德上观测到极光，当木星磁气圈的等离子撞击到它们稀薄的大气层时，就会产生极光。在金星和火星上也曾观测到极光。因为金星没有内在（行星本身）的磁场，金星的极光呈现不同的形状和强度，看起来是明亮但弥漫的补丁，有时会分布在整个行星的盘面。金星的极光源自太阳风的粒子撞击和陷入在夜晚侧的大气层。在2004年8月14日，火星快车号上的仪器SPICAM检测到火星的极光。这道极光位于辛梅利亚高地（英语：Terra Cimmeria），东经177°，南纬52°，辐射区域大约宽30公里，高度在8公里左右。经由分析包括火星全球探勘者号过去的地壳磁场异常资料，科学家发现辐射的地区是相对来说是区域性的局部磁场最强的地区。这种相关性显示，电子是通过火星地壳的磁力线与被激发的大气层移动。地球 · 地磁场 · 极光 · 极风 · 大气环流 · 喷射气流电离层 · 等离子层 · 磁层 · 磁层顶 · 磁层质点运动（英语：Magnetosphere particle motion） · 环状电流 · 范艾伦辐射带 · 白克兰电流 · 磁层鞘 · 磁层年表（英语：Magnetosphere chronology）列表（英语：List of satellites which have provided data on Earth's magnetosphere） · GEOTAIL（英语：Geotail） · WIND（英语：WIND (spacecraft)） · 极地（英语：Polar (satellite)） · IMAGE（英语：IMAGE） · 束群（英语：Cluster II (spacecraft)） · 双星计划 · 范艾伦探测器 · THEMIS（英语：THEMIS） · MMS（英语：Magnetospheric Multiscale Mission）（2015年）高频主动式极光研究项目 · 南半球极光雷达实验 · 超级双重极光雷达网络水星 · 木星 · 甘尼米德 · 土星 · 天王星 · 海王星行星环 （木星环 · 土星环 · 天王星环 · 海王星环） · 气体环 · 流量管