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《极光》：南北极极光探秘：宇宙星辰的地球波澜
铛铛铃2025-09-20【科普】323人已围观
简介
今天为你解读的这本书叫《极光》，副标题是“探索极地文明与自然科学中的光影奇迹”。
张韶涵的一首《欧若拉》，让神秘的北极光成为很多人的心之向往。欧若拉的歌名是英文“aurora”的音译，她是古罗马神话中的曙光女神，后来天文学家伽利略，就用欧若拉来给极光命名。
在寒冷又漆黑的极地冬夜，天空中会突然爆发出五彩缤纷、变幻莫测的光线，那就是极光。它被视为自然界中最美丽的奇观之一。简单来说，极光是因为太阳发射出的带电粒子和地球大气层碰撞的结果。
极光是什么样的呢？可能即使你亲眼看过，也很难用语言形容它。在极光迸发的漆黑夜空，天空中爆发出绚烂的色彩，仿佛燃烧的纸一般，任何星光在他面前都会黯然失色。看过极光的人会告诉你，奇怪之处在于，在你看到他之前，想不到自己会作何反应。一场壮观的极光显现，让人像获得了一件礼物。
本书的作者梅勒尼·温德里奇，是英国伦敦帝国理工学院等离子物理专业博士，同时又是一名极地探险家和科普作家。他遍访了瑞典、挪威、冰岛、加拿大等极光的观测圣地，从神话、科学、文化等多个角度，让你全面认识极光。
好，下面我将用三个问题，为您讲解本书的主要内容。第一，历史上的人们是怎么看待极光的；第二，极光到底是怎么形成的；第三，有哪些观测极光的圣地。
我们先来讲本书第一个问题，历史上人们是怎么看待极光的。
在距今1万年前的法国岩洞中，原始人类就在洞穴顶部的红色粘土上，用线条描绘了木莲形状的极光，这被认为是人类对极光最早的记录。对极光最早的文字描述，可以追溯到公元前2000年。在《圣经·旧约》的《创世记》一卷中，极光被描述成代表上帝的天光。在《中国史记》中也记载过，华夏始祖黄帝的母亲见大殿绕北斗枢星，这里所说的大殿就是指极光。相传黄帝的母亲看到了极光，出现在北斗七星附近，后来便怀孕生下了皇帝。
不管是中国还是《圣经》的诞生地西亚，都地处温带地区，极光都是极为罕见的景象，所以当时的人们就把极光显现，看作某种预兆或者警告，认为有大事即将发生。据说，在公元前44年凯撒遇刺前，以及1860年美国内战爆发之前，意大利和美国的上空，都曾出现过罕见的红色极光。
而在北极圈地区，极光现象就比较普遍了。虽然极光早已成为当地人生活的一部分，但人们还是会对他充满敬畏。作者曾遇到过一位挪威的驯鹿牧民，他说他小的时候就很害怕极光，因为他的父母告诉他，如果激怒了极光，极光就会冲下来把他拖走。在这些牧民心中，极光就像天然的保姆，督促孩子们在天黑前赶紧回家。
这里的人们关于极光的传说，也更为丰富有趣。比如在北美，生活在极地的因纽特人认为，极光是死者的灵魂在跳舞，死去的人在天堂举办宴会，他们还会把海象的头骨当作足球踢来踢去，人们看到的极光就是死去亲人的影子。北欧人关于极光的传说就更神奇了，芬兰人认为，有一只北极狐一边狂奔，一边用尾巴在雪地上打火，由此便产生了极光。因此芬兰语中极光的含义就是“狐之火”。挪威人认为，极光的产生和大海里的鱼群有关，海上有成群的银色飞鱼，它们银光闪闪的鱼鳞投射到天空中，就形成了极光。在丹麦的民间传说中，极光是一只受困在冰窟中的天鹅，在天空中的倒影，天鹅用力拍打着翅膀，便产生了绚烂多彩的极光。
不知道你有没有发现，这些传说都不约而同地给极光赋予了灵魂，连作者本人都说，在他亲眼看到极光之时，很自然地体会到了那些古老信仰所提到的灵性。即便现在人们已经知道极光是怎么来的，这种感觉依然挥之不去。
然而极光到底是什么、怎么来的，古人认识极光全靠想象力和传说，甚至有人猜测，极光会不会是拥有某种强大力量的异界生命，他们用特有的符号在地球上留下印记，只是人们还没有找到破译的方法。
直到17世纪的头20年，有连续多次大规模的极光爆发，不只是北欧国家，法国、德国、意大利等一些欧洲南部国家，也能看到绚烂的极光。这时，许多科学家，像天文学家开普勒、伽利略等，才开始探索极光科学的成因。伽利略推断，极光的产生，可能和太阳以及地球的大气有关。伽利略认为，地球的外面包裹着一层蒸汽，这层蒸汽反射太阳的光就是极光。当时其他一些科学家的研究，也证明了伽利略的观点，比如法国科学家麦兰观测发现，太阳黑子活动强烈时，极光的出现就最频繁。
到了18世纪，强烈的极光再次出现在欧洲大部分地区，关于极光的成因也有了新的观点。英国著名科学家哈雷猜想，激光和磁性物质有关。他认为磁能穿透一切物质，当它穿过大气时，就会摩擦形成瑰丽的光。后来也有人证实了哈雷的观点，因为当极光发生时，指南针被干扰的很厉害，指不准方向。
19世纪，欧洲人对于极地探险越来越狂热，他们争先恐后地来到北极，一方面是地理发现和极地科学研究的需要，另一方面是为了领土和资源。不管目的如何，这段时间科学家们纷纷来到北极地区，极光也成了他们的重点研究对象。尽管此时他们还没有找到极光具体的成因，但却搞明白了两件事，一是极光发生的大致高度，二是能看到极光的地理范围。
极光出现时不停的变动，婀娜的身姿，给人一种触手可及的感觉，但科学家们通过三角测量法测量发现，极光发生在几百千米的高空中。什么是三角测量法呢？假如远方有座高塔，你这座高塔的塔底、塔尖就构成了一个直角三角形，你看塔尖时有一个仰角，当你向塔走近一段距离，直角三角形会发生变化，也就是你看塔尖的仰角也会发生变化。此时不需要你登上高塔，只要测量你向塔移动的距离，以及看塔的不同仰角，利用数学计算就能测出塔的高度。三角测量法在科学界应用得非常普遍，比如正是利用这种方法，科学家们在没有登上珠峰之前，就大致测出了珠峰的高度是8840米，和现在的精准测量高度8844.43米，只有几米之差。
除了测出了极光发生的大致高度，科学家们同时也发现，并不是越往北看到极光的概率越大，极光发生在一个环状的区域，称为极光带，极光带大致是绕着北极圈的一圈地带，再往北接近北极，反而看不到极光了。
到了20世纪初，挪威等国的探险家们先后登上了南极大陆，他们发现，迎接他们的不仅有憨态可掬的企鹅，还有同样美丽的南极光。南极光的形态和北极光相似，可观测地点也与北极光对称，它们就像一对双胞胎，出现在地球的两极上空。
好，以上就是第一个问题，历史上人们是怎么认识极光的。人类自古就认识到了极光的存在，也留下了许多美丽的传说。近代以来，随着科学家对南北极的深入探测，人们对极光也有了更为深入的了解。但解开极光的成因之谜，是在进入20世纪以后。下面我们就来讲讲本书的第二个问题，极光到底是怎样形成的。
最早提出极光成因理论的是挪威物理学家克里斯蒂安·伯克利，他也是一个极地探险家，曾多次深入北极探险，并建立起了多个极光观测站。20世纪初，物理学已经深入到了微观研究领域，人们认识到原子可以分为电子、质子和中子，这其中电子和质子是带电的。由于电场周围可以产生磁场，磁也可以生电，并影响带电的粒子流，这就是电磁感应现象。据此，伯克利在1908年，提出了他的极光形成理论，那就是太阳的带电粒子流到达地球附近，在地球磁场的作用下，射向了地球的南北极，从而产生了极光。
为了证实自己的观点，伯克利还设计了一个小实验。他用一个小的金属球磁化之后，放在真空中来模拟地球，这个小金属球上涂了一层含有荧光物质的黄铜，遇到电子冲击就会发光。当伯克利用阴极射线，也就是电子流射向这个模拟地球时，发现他的两个磁极附近，出现了一圈圈的人工极光，分布情况和地球上的极光非常类似。伯克利的理论，就是当今科学界对于极光成因的主流观点。但在当时，这一观点并没有马上被科学界接受，原因是地球有浓密的大气层，在地面上，根本就观测不到太阳发出的带电粒子。直到半个世纪之后，也就是20世纪60年代，人类的飞行器飞出了地球，在太空中真正观测到太阳发出的带电粒子，伯克利的理论才被广泛接受和认同。
其实，极光的形成与太阳风、地球磁场和地球大气三者都有关。极光的照使者首先是太阳，太阳时时刻刻都在发生着核聚变，是一个巨大而炽热的等离子态的球体。什么是等离子态呢？它不同于地球上常见的固态、液态和气态三种物质形态，是物体在高温、高压或者强磁场下出现的一种状态。比如说闪电，就是气体被激发到等离子态形成的。地球上等离子态物质很少，但在宇宙中，等离子态却是物质的主要状态，有99.99%的宇宙物质，都是等离子态的。等离子态的物质，它的电子处在非常高的能量级，蕴藏着大量的能量，并会不断的把这种能量散发出来，比如太阳就在不断发出光和热。与此同时，由于等离子态的物质能量高，也极为不稳定，太阳就会不断向外抛洒出大量的带电粒子，形成高速粒子流，又称为太阳风。
太阳风的风速是难以想象的，地球上的12级大风，风速可达每秒钟30多米，太阳风的风速可达每秒钟三四百千米，是地球上风速的上万倍。可以想象，这样速度的带电粒子流向地球直奔而来，冲击力也是惊人的。还好地球有厚厚的大气层，它保护着地球表面不受太阳风的侵扰。浓密的大气可以一直延展到距离地面100千米的高空，我们也把地面以上100千米处称为卡门线，他是美籍匈牙利物理学家西奥多·冯·卡门提出，并以他的名字命名的。卡门线通常被认为是地球与太空的分界线，人造卫星和太空飞船都在卡门线之上，比如国际空间站，就距离地面大约400千米。不过在卡门线以上，并不是就没有地球大气的存在，只是变得越来越稀薄，地球的大气一直可以延伸到3000千米的高空。卡门线以上的大气的温度也非常高，可以达到几百甚至上千度，加之这里的地球磁场也非常强，把空气激发成了等离子态，具有很高的能量。
而地球的磁场，要比地球大气的影响范围更广，甚至在地面以上3万千米的高空，依然有地球磁场存在。在太阳风中的带电粒子靠近地球时，会受到地球南北两个磁极的吸引，冲向地球南北极的大气层。这些带电粒子大多数会在卡门线以上和等离子态的空气粒子发生冲撞，释放出光能就是极光。
搞清楚极光的正确成因之后，人们关于极光的研究也在不断取得进展。首先，人们弄清了极光发生的精确高度，主要集中在100到250千米的高空。太阳风的带电粒子在地球的磁场影响下，逐渐接近地球两极时，随着空气密度的不断增加，撞击到空气离子的概率也越来越大，其中在100到250千米的高度，撞击的概率最大，所以在这个高度，便产生了最为壮丽的极光现象。
一般情况下，大部分太阳风的带电粒子，是很难突破100千米的高度，也就是卡门线的。科学家们还发现，极光的强度和地球上能看到极光的范围，和太阳风的强度也有关系。地球的磁场与大气相对比较稳定，但太阳的活动却会发生周期性的变化，所以极光的强弱，主要和太阳的活动强弱程度有关。太阳活动的周期一般是11年，它比较安静，活跃度低的时期称为太阳极小期。在太阳极小期时，太阳风以温和的方式吹向地球，带电粒子和地球大气的冲撞也相对温和，此时极光带是个狭窄的圆圈，只有少数一些极地地区，能看到微弱的极光现象。相对应的，当太阳变得狂暴，活动剧烈的时期就是太阳极大期，此时太阳的磁场会发生强烈扭曲，甚至是磁极的颠倒，在太阳大气中会发生大规模的爆炸现象，地球上的人们就会看到强烈的耀斑，太阳耀斑会让数10亿吨太阳日冕中的物质，也就是太阳最外层大气中的物质抛洒到太空中，这些物质会形成能量巨大的太阳风，就是太阳风暴。当太阳风暴到达地球时，便会和地球磁场、大气发生强烈的反应，形成明亮的极光。
太阳极大期虽然每11年才出现一次，但每一次太阳的活动强度都有所不同。科学家们把太阳风划分为了不同的等级，用KP 1到KP 9来表示，KP 1最弱，KP 9最强。平均每500年，太阳就会有一次规模特别巨大的爆发，出现极强的太阳风暴，比如1859年就出现了几百年来最强的太阳风暴，达到了KP 9级。当时许多欧洲国家、美国都看到了非常明亮的极光，就连处在热带的加勒比海地区的一些国家，也看到了极光。
人们能看到的极光是丰富多彩的，极光之所以会有不同的颜色，是太阳粒子和高空大气中不同空气粒子作用的结果。人们看到的大部分极光都是绿色的，这是太阳风中的电子冲击等离子态的氧原子产生的绿色极光，一般发生在卡门线附近，这里的空气的密度大，离地面又近，而且在黑暗中，人眼接受绿光的能力很强，所以绿色极光最常见。相比而言，红色极光就比较难见到了，它发生在200千米以上的高空中，需要更为强烈的太阳风，比如太阳风暴出现时才能看到，因为氧原子在受到非常大的能量冲击时，才能产生红色。除此之外，蓝色、紫色、粉色的极光就更为罕见了，它是太阳风冲击氮原子的结果。人眼在黑暗中捕捉这些光的能力本身就不强，而氮原子被激发产生光线的强度也比较弱，在绿色极光的大背景下，就很难被看到。
人们一般是在夜晚看见极光的，因此这些极光就被称作夜间极光。其实日间极光也是存在的，太阳风中除了有带电粒子之外，还有一些中性粒子，比如中子，中性粒子不带电，不会受到地球磁场的影响，所以它会和太阳光一样，直射向地球的大气层，激发大气层中的空气粒子发光。日间极光的光线通常都比较弱，又被强烈的太阳光所遮盖，肉眼很难看到，通常只有专业的仪器设备才能检测到。
好，以上我们讲完了本书的第二个问题，极光是怎么形成的。太阳风中的带电粒子，受到地球磁场作用偏转，与两极上空的大气粒子冲撞，释放出光线，产生了极光。极光一般发生在100到250千米的高空，当太阳活动强烈时，我们往往能看到更为强烈的极光。极光之所以会有不同颜色，这是因为不同强度的太阳风，在不同高度与氧、氮等不同空气粒子作用的结果。
极光是如此美丽迷人，那么我们在哪儿能看到极光呢？这是我们要讲的第三个问题。
很多人想看极光，又不太想出国，那中国的最北端漠河能看到极光吗？漠河的最北端北极村，位于北纬53度33分，的确是中国最接近北极的地方，有一些旅游公司，也把看极光作为漠河旅游宣传的噱头。然而我要告诉你的是，就连很多漠河当地人都没有见过极光，你要是在漠河呆上几天就能看到极光，那真是有中彩票的运气了。虽说漠河在中国的最北端，但距离常规的极光带还很遥远。前面我们讲过，极光带通常位于北极圈附近，是一个环形的区域，不过这个环的中心并不是北极点，而是北磁极。北磁极虽然是在北极附近，但并不和它重合，且一直在移动。比如1996年，北磁极位于北纬79.3度，西经71.5度，也就是加拿大和格陵兰岛交界的海峡里。北磁极位于西半球，也意味着极光带偏向西半球。即便是太阳处于活跃期，极光带向南伸展，漠河比西半球同纬度的地区，像伦敦、柏林，看到极光的概率也要小得多。尽管如此，漠河仍是中国最可能看到极光的地方，在太阳活动强度达到KP 90，极光带的边缘会覆盖到漠河地区，此时才有机会用肉眼观测到极光。在其他时间，在漠河地区，只有用精密仪器，才能偶尔捕捉到极其微弱的极光。
要想看到壮丽的极光，还是要到西半球的高纬度地区，比如瑞典、挪威的北部地区，就有许多观测极光的理想场所，几乎常年都能看到极光，运气好的话还能看到极光大爆发。比如瑞典北部的重要城市基律纳，不仅是滑雪胜地，还是极光观测的绝佳胜地。相比于基律纳，挪威北部的芬马克郡的环境要更为原始，由于少了城市灯光的干扰，这里的极光显得更加明亮清晰。你还可以住在当地人的森林木屋里，乘坐雪地摩托到雪山顶上去观看极光。在芬马克郡，你不仅能观赏到极光，还能体验到当地土著萨米人古老的民俗。萨米人又称为拉普兰人，在北欧极地已经生活了上万年。萨米人会举办一年一度的狗拉雪橇比赛，这是世界上最北端的狗拉雪橇比赛，赛道长达1000千米，横跨挪威、芬兰和俄罗斯三国。
北欧的岛国冰岛全境都在极光区内，冰岛地广人稀，火山活动活跃，很多游客会选择到无人居住的草场地带徒步和露营，比如冰岛东南部的伯特纳就是露营胜地，这里空气透亮，你白天能看到巨大的冰盖、黑曜石等火山遗迹，晚上还能在露营地的帐篷外欣赏到极光。
位于北冰洋中的斯瓦尔巴群岛，也是观看极光的理想地点。在16世纪，斯瓦尔巴群岛被发现时，曾是欧洲人的捕鲸圣地，如今这里建起了大大小小的科考站，中国也在这里建立了黄河北极科考站。由于斯瓦尔巴群岛纬度高，且位于极光带的内沿，所以北极光一般会出现在南方的天空。在这里，你不仅能看到壮观的夜间极光，还能欣赏日间极光。在朗伊尔城附近，专门建立了观测日间极光的小型极光站，利用专门的定制仪器，你就能看到高空大气在白天也能出现暗红色的日间极光。
在地球的另一端，南极地区也有一圈强烈的极光带。不管是北极还是南极，观测极光的最佳时间是冬天，因为冬天有漫长的极夜现象，更长时间的黑暗环境才适宜观赏。南极的冬天气候恶劣，极为寒冷，要想深入南极大陆来欣赏极光非常困难。不过在新西兰等一些靠近南极的地区，在适宜条件下也能看到极光。
即便是到了理想的观测地，要想看到极光也要靠运气。由于极光发生在100千米以上的高空，如果天空中云层过厚或者有雨雪，极光就会被遮住。另外，尽管一些地区常年能看到极光，但只有在太阳活动强烈的时候，极光才会更加明亮、更加壮观。欧美的一些研究机构，会根据太阳的活动强度对极光进行预报，比如美国空间天气预报中心，就会对极光区域和强度进行预报。关注这些机构的1~3个月中长期预报，也会对你欣赏极光有所帮助。这里也推荐你使用观看极光的秘密武器，那就是夜视镜。夜视镜能放大夜间物体发出的微弱的光线，通过它，肉眼看起来模糊的极光也会变得更明亮灿烂。
前面我们说的都是在地面上看极光，如果你飞上天空看极光，又是不同的体验，比地面上看上去要更加清晰，有人形容她比烟花还美丽。所以如果你乘坐飞越北极的国际航线，不妨留意一下窗外，可能就会省了专门到北欧看极光的旅费了。如果你飞入太空，你将看到极光的全貌，极光就不再是光柱条状或者是彩虹状了，它会像一顶皇冠一样，戴在地球的极地上空。
以上我们讲完了本书的第三个问题，在哪儿能看到极光。围绕南北磁极有一圈环状的极光带，是观赏极光的理想地点。在北半球、北欧的挪威、瑞典的北部冰岛，以及北冰洋中的斯瓦尔巴群岛等地，都是极光的良好观测地点。
极光是美丽和浪漫的，不过事物都有两面性，当极光最为壮观之时，也是太阳最为活跃的时候，太阳风带来的大量带电粒子对地球进行冲击，也会给人类造成危害。
首先，它会影响到在太空中运行的人造卫星，太阳风中大量的带电粒子会冲击元器件，比如说太阳能电池板，造成这些元器件性能下降，甚至是失效。尤其是在太阳耀斑爆发之时，会有大量高能的质子喷射出，质子的质量要比电子大得多，造成的破坏也会更多。比如2003年万圣节前后，出现的太阳风暴持续了好几天，北极出现了非常强烈的极光，就连美国南部的佛罗里达、德克萨斯州，以及南欧的意大利等国都能看到极光。但与此同时，也有50多颗人造卫星受到冲击，出现故障，日本的地球观测卫星2号还被彻底损坏，坠毁到地球大气层中。
其次，强烈的太阳风会干扰地球的磁场，使得地球的通信和供电系统受到影响。前面我们讲到，极光发生的区域也是地球的电离层，电离层能反射无线电波，人类因此才能实现远距离的无线通讯。当太阳风强烈之时，电离层就会受到干扰，通讯就会受到干扰甚至中断。通讯中断也会引发严重的事故，比如飞机通讯中断，就可能引发严重的飞行事故，甚至机毁人亡。强烈的太阳风，还会造成地球磁场的强烈变化，根据电磁感应原理，磁场的强烈变化，让地面上的一些输电线路在瞬间产生巨大的电流，可能会烧毁供电设施，造成局部电力的瘫痪。1989年，强烈的太阳活动，曾造成加拿大魁北克90%的地区停电。前面提到的2003年那次太阳风暴，造成了美国、南非等多国出现了电力故障和大规模的停电事故。
第三，太阳风中的带电粒子还会影响人们的健康。太阳风中的带电粒子会对人体产生辐射，宇航员的宇航服作用之一就是防辐射。由于地球厚厚的大气层，能到达地面的太阳带电粒子是极其微量的，但在极地的高空，太阳带电粒子对人的健康还是会造成影响的，尤其是在太阳活动强烈之时。我们偶尔坐飞越极地的长途飞机，不会对健康造成什么影响，但那些常年飞长途的客机，机组人员将面临着健康的威胁。据美国航空航天局的研究，高空航线的机组人员受到的辐射量超过了核电站的工作人员，他们罹患皮肤癌、乳腺癌等癌症的风险也比普通人高得多。
到这里，《极光》一书的主要内容就为你讲完了。在太阳系形成之后，地球逐渐产生了自己的磁场和大气，也就产生了极光现象，距今已经有超过40亿年。人类认识极光的成因，才仅仅有100多年的时间。而围绕极光还有许多未解之谜，比如为什么极光带是环形的，它和地球内部的磁场结构有着怎样的具体联系，再比如，为什么当极光出现时，人们会听到附近的地面上有嘶嘶沙沙的怪声，这些都需要科学家们的进一步探索发现。
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