筆者剛剛從加拿大黃刀鎮回來,有緣觀賞到北極光。極光(北極光Northern Lights / Aurora或南極光Aurora Australis )是一種電漿體現象,主要發生在具有磁場的行星上的高緯度區域,而在地球上的極光帶即是經度上距離地磁極10°至20°,緯度寬約3°至6°的區域。當磁暴發生時,在較低的緯度也會出現極光。地球上的極光是由於來自磁層和太陽風的帶電高能粒子被地磁場導引帶進地球大氣層,並與高層大氣(熱層)中的原子碰撞造成的發光現象。
很多人以為極光只有綠色,這是非常錯誤的觀念。其實極光有綠、紅、黃、藍、紫和粉紅等顏色。地球的極光主要有紅、綠二色,這是因為在熱成層的氮和氧原子被電子激發,分別發出紅色和綠色光。熱層的空氣受太陽短波輻射而處於高度電離的狀態,電離層便存在於在本層之中,而極光也是在熱層頂部發生的。極光大約在400公里至1,000公里的高空發生。
綠色光是來自氧原子被外來電子撞擊後,本身電子被激發至高能階激態,再放出光子躍遷至低能階。當原子離開激態所放出的光子為單一頻率的綠光,我們就看到了綠色的極光。在較低高度,氮會放出暗藍與粉紅色的光,電離的氮分子成為發出可見光的主體,它發出的波長是紅色和藍色,並以428毫微米(藍色)為主要的譜線。
氮從激態回到基態是紅色。黃色和粉紅色是紅色和綠色混合的結果。紅色通常出現在最高處,是激發的氧原子輻射出630奈米的電磁波,原子的低濃度和眼睛對此波長的低靈敏度,使這種顏色只有在太陽活動強烈的情況下才能被看見。
綠色通常出現在較低的高度,較頻繁的碰撞支撐了氧在557.7奈米的輻射;相當高的氧原子濃度和眼睛對綠色的光較敏感,使綠色的極光最為常見。■洪文正
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