揭秘！如何在中國看見極光？

說到在中國看極光，讀者朋友們的第一反應(yīng)或許是去中國的最北端漠河。然而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，漠河大多數(shù)年份能看到極光的次數(shù)為個(gè)位數(shù)。也就是說在正常情況下去漠河只有約1%的概率能看到極光。

巧了不是？！

2023年12月1日晚上19點(diǎn)左右，漠河再一次出現(xiàn)了明顯的極光現(xiàn)象！

下面這幾張圖片，來自當(dāng)時(shí)正在漠河的向慧等人：

那么，有沒有“不正常”的情況呢？或者說有沒有可能在緯度不那么高的地區(qū)看到極光呢？您別說，還真有！唯一難辦的是需要一臺(tái)時(shí)光機(jī)穿越回古代中國……咳咳，雖然時(shí)光機(jī)一時(shí)半會(huì)找不到，但是中華民族五千年的歷史長河里可是有很多寶貴的史料供我們窺見曾經(jīng)的光景。

對(duì)極光最早的文字記載是戰(zhàn)國時(shí)期的《竹書紀(jì)年》。里面寫到黃帝的母親附寶在郊外散步的時(shí)候，突然“見大電繞北斗樞星，光照郊野”，之后便生下了黃帝。雖然這一敘述頗有神話色彩，但指代極光的“大電”的確是真實(shí)存在的。

《竹書紀(jì)年》記載

戰(zhàn)國時(shí)期的另一部著作《山海經(jīng)》則將極光描述為名叫“觸龍”的神仙，形貌如紅色的蛇：“人面蛇身，赤色，身長千里。”戰(zhàn)國時(shí)期的大詩人屈原在《天問》中也用“龍”這意象來描述極光，形象地將其稱為“燭龍”。

《山海經(jīng)》中的“觸龍”（畫師：寧寧夭）

不知道讀者朋友們是否好奇，為什么上述三部作品都寫于戰(zhàn)國時(shí)期呢？換句話說，為什么戰(zhàn)國時(shí)期容易看到極光呢？這個(gè)問題的答案就涉及到古代中國的中緯度地區(qū)能看到極光的本質(zhì)原因了。

為了回答這個(gè)問題，還需要引入另一個(gè)問題，“極光”的“極”代表什么呢？是指地球地理南北極嗎？其實(shí)不然，“極光”的“極”指代的是地球磁場南北極。在中學(xué)階段我們學(xué)過，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(zhuǎn)軸是具有一定夾角的，這就導(dǎo)致大多數(shù)極光出現(xiàn)的位置雖然在地理極區(qū)附近，卻并不是環(huán)繞著地理極點(diǎn)的。

地理南北極與地磁南北極的夾角
（改編自Smithsonian Magazine）

有意思的是，地球磁軸與自轉(zhuǎn)軸的夾角并不是固定不變的，也就是說磁極所對(duì)應(yīng)的地理位置是可以發(fā)生變化的。兩千多年前的磁極比現(xiàn)在離中國近多了，這也就使得戰(zhàn)國時(shí)期在中國看見極光比現(xiàn)在容易得多。

不過說到底，搭乘時(shí)光機(jī)穿越回戰(zhàn)國時(shí)期的中國看極光也太不現(xiàn)實(shí)了，有沒有更現(xiàn)實(shí)一些的情況呢？其實(shí)也是有的。

關(guān)注新聞的讀者朋友可能會(huì)感覺今年報(bào)道了好幾次中國出現(xiàn)極光的消息，有的拍攝于我們熟悉的漠河，也有拍攝于烏魯木齊和克拉瑪依的。這就不免令人好奇，今年是不是有什么特殊的自然環(huán)境導(dǎo)致了中國經(jīng)常出現(xiàn)極光呢？

新疆星空攝影愛好者楊靂鵬2023年11月6日凌晨在新疆烏魯木齊達(dá)坂城拍攝的極光現(xiàn)象（圖源新華社 本人供圖）

答案是肯定的。今年中國經(jīng)常出現(xiàn)極光主要是因?yàn)榻?jīng)常有強(qiáng)磁暴發(fā)生和磁極正在逐漸向東漂移。“強(qiáng)磁暴”是什么意思呢？先說“磁暴”，磁暴指地球磁場的全球性劇烈擾動(dòng)，一般是由太陽風(fēng)暴引起的，因?yàn)樘栵L(fēng)暴會(huì)使太陽噴射出能量很高、超聲速的物質(zhì)。而“強(qiáng)磁暴”的產(chǎn)生過程是這樣的：能量很高、超聲速的物質(zhì)到達(dá)地球后會(huì)壓縮地球的磁場，造成地球磁場的擾動(dòng)，此時(shí)如果物質(zhì)具有南向磁場（即與地球磁場的方向相反），則會(huì)引起更加劇烈的擾動(dòng)。可以用電吹風(fēng)吹頭發(fā)的過程類比太陽風(fēng)暴噴射物質(zhì)到達(dá)地球的過程：當(dāng)我們以不同溫度、不同風(fēng)速的風(fēng)（對(duì)應(yīng)不同能量與速度的太陽物質(zhì)）吹頭發(fā)時(shí)，感受到的風(fēng)吹頭發(fā)的程度（對(duì)應(yīng)磁場擾動(dòng)程度）都是不一樣的。

太陽物質(zhì)噴向地球引起磁場擾動(dòng)的過程

值得一提的是，“強(qiáng)磁暴”引起的中緯度極光是紅色的，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(nèi)的電子躍遷產(chǎn)生的，所以是什么導(dǎo)致了不同的顏色呢？其實(shí)就是氧原子的能量和所處的海拔高度不同。中緯度極光位于250-400千米的高度，而極區(qū)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(qū)極光的能量要低，且能量與波長是成反比的，所以中緯度極光的波長比極區(qū)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。

波長與顏色的關(guān)系（圖源ThoughtCo）

雖說今年的“強(qiáng)磁暴”已經(jīng)足以引起多次極光，但它對(duì)我們的日常生活影響不大。不過在歷史上，以異常明顯的極光為代表的強(qiáng)磁暴事件確實(shí)對(duì)人類造成過影響。

1859年9月的一個(gè)上午，英國天文愛好者卡靈頓照例對(duì)太陽進(jìn)行觀測。突然，他發(fā)現(xiàn)太陽北側(cè)出現(xiàn)了兩道極其明亮的白光。第二天，世界上許多地方——包括我國河北等地（有文獻(xiàn)記錄“赤氣起于西北”），都觀測到了極光。這就是著名的“卡靈頓事件”。根據(jù)史料記載，“卡靈頓事件”造成了長達(dá)8天的惡劣空間天氣。所幸那時(shí)的人類社會(huì)主要依靠蒸汽機(jī)和人力，還沒有無線電通信和電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，“卡靈頓事件”并未給地球帶來過于嚴(yán)重的災(zāi)難。

風(fēng)景畫家丘奇描述卡靈頓事件的畫作《北極光》

但到了現(xiàn)代卻不一樣了——1989年3月的一天晚上，伴隨著強(qiáng)烈的極光活動(dòng)，加拿大魁北克省的供電網(wǎng)絡(luò)全部癱瘓，全省陷入長達(dá)9個(gè)小時(shí)的黑暗和寒冷之中。與此同時(shí)，美國、日本的通信衛(wèi)星出現(xiàn)異常，全球無線電通信信號(hào)受到極大干擾。這次事件雖然不如“卡林頓事件”強(qiáng)烈，但它對(duì)生活有著更大的影響。

魁北克大停電時(shí)的極光圖像

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)，拍攝者：Ken Spencer）

據(jù)估算，假設(shè)“卡靈頓事件”發(fā)生在今天，它直接導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失能夠達(dá)到數(shù)以萬億美元。所以極光雖然美麗，但是在中緯度地區(qū)看到強(qiáng)烈的極光對(duì)我們的日常生活來說可并不是一件好事。不過換個(gè)角度想，中緯度美麗的紅色極光同時(shí)能當(dāng)作地球磁場對(duì)太陽風(fēng)暴做出反應(yīng)的明顯標(biāo)志，也能反映磁極的漂移或偏轉(zhuǎn)。因此對(duì)這一類極光進(jìn)行研究對(duì)我們的日常生活而言是很有意義的。

總的來說，想在中國看到極光，講求“天時(shí)”——發(fā)生“強(qiáng)磁暴”或磁極偏向東半球時(shí)，“地利”——處于中國的中部到北部時(shí)，與“人和”——發(fā)生極光時(shí)有親朋好友提醒您去看，哈哈，開個(gè)玩笑。從原理來看，“天時(shí)”的作用是尤為關(guān)鍵的，這也使得在現(xiàn)在的中國看到極光是一個(gè)小概率事件。不過總要懷有希望的嘛，萬一哪天就突然看到了呢？

（特別感謝給我們提供2023年12月1日晚漠河極光現(xiàn)場圖片的幸運(yùn)兒：向慧、向珍麗、周日梅、周發(fā)增）。

編輯：萬鵬 劉強(qiáng)