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摄影知识|如何拍摄北极光，北极光摄影学院如何( 三 )

小知识


科学研究观点
1890年 ， 挪威物理学家柏克兰认为 ， 离地球1.5亿千米的太阳几乎连续不断地向地球放射物质点 。 而离地球5万千米至6.5万千米以外有一层磁场将地球罩住 ， 当太阳的质点直射这层磁场而被挡住时 ， 它便向地球四周扩散 ， 寻找钻入的空隙 ， 结果约有1%的质点钻入北磁极附近的大气层 。 每颗太阳质点含有等于1000伏特的电力 。 它们在100千米外的高空大气层中与原子和多半由氧和氮构成的分子相遇 ， 原子吸收了太阳质点所含的一部分能量时 ， 立即又将这能量释放出来而产生极强的光 ， 氧发出绿色和红色的光 ， 氮则发出紫、蓝和一些深红色的光 。 这些缤纷的色彩组成了绮丽壮观的极光景象 。 目前 ， 许多科学家正在对极光作深入的研究 。 人们看到的极光 ， 主要是带电粒子流中的电子造成的 。 而且 ， 极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量 。 用一个形象比喻 ， 可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面 。 沉降粒子为电视机的电子束 ， 地球大气为电视屏幕 ， 地球磁场为电子束导向磁场 。 科学家从 极光
这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息 。 例如 ， 通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源 ， 粒子种类 ， 能量大小 ， 地球磁尾的结构 ， 地球磁场与行星磁场的相互作用 ， 以及太阳扰乱对地球的影响方式与程度等 。 极光虽然美丽 ， 但是在地球大气层中投下的能量 ， 可以与全世界各国发电厂所产生电容量的总和相比 。 这种能量常常搅乱无线电和雷达的信号 。 极光所产生的强力电流 ， 也可以集结在长途电话线或影响微波的传播 ， 使电路中的电流局部或完全“损失” ， 甚至使电力传输线受到严重干扰 ， 从而使某些地区暂时失去电力供应 。 怎样利用极光所产生的能量为人类造福 ， 是当今科学界的一项重要使命 。
过去的理论
在过去 ， 有些理论被用来解释这种现象 ， 但现在都已经过时了 。 1.本杰明·佛兰克林（Benjamin Franklin）的理论：神奇的北极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和其他的湿气作用造成的 。 2.极光的电子来自太阳发射的光束 。 这是克利斯蒂安柏克兰在1900年提出的说法 ， 她在实验室用真空室和磁化的地球模型 ， 显示电子是如何被引导至极区 。 这个模型的问题包括本身缺乏在极区的极光、负电荷本身自行散射这些光束、而且在近期内仍然缺乏任何太空中的观测证据 。 3.破水桶理论：极光是溢流出的辐射带 ， 这是詹姆斯范艾伦和工作伙伴大约在1962年首先提出的 。 他们指出在辐射带内获得的巨大能量很快就会在极光的漫射中耗尽 。 不久之后 ， 很明显的陷在辐射带内的都是高能的带正电离子 ， 而在极光内几乎都是能量较低的电子 。 4. 极光是太阳风中的粒子被地球的场线引导至大气层顶端造成的,这适用于极光的尖点 ， 但在间点之外 ， 太阳风没有直接的作用 。 另一方面 ， 太阳风的能量主要都留驻在带正电的离子 ， 电子只有0.5eV ， 而在尖点上会上升至50-100eV ， 这仍然远低于极光的能量 。
现代的理论
根据美国国家航空航天局“瑟宓斯卫星任务”（2007/12）（Themis mission）传回的新数据 ， 科学家发现太阳释放的带电粒子像一道气流飞向地球 ， 碰到北极上空磁场时又形成若干扭曲的磁场 ， 带电粒子的能量在瞬间释放 ， 以灿烂眩目的北极光形式呈现 ， 而地球的极光主要只有红、绿二色是因为在热成层的氮气和氧原子被电子破撞 ， 分别发出红色和绿色光 。 这项研究是由美国加州大学洛杉矶分校的安吉罗波洛斯主持 ， 其研究结果已于2007年12月9日在“美国地球物理联合会”的学术会议中发表 。 瑟密斯卫星任务的5个人造卫星群2007年2月成功发射升空 ， 3月在阿拉斯加和加拿大上空侦测到北极光出现两小时 ， 同一时间卫星也侦测到带电粒子流接触到北极磁场 。 而让安吉罗波洛斯惊讶的是 ， 带电粒子和磁场接触形成的地磁风暴以每分钟650公里的速度掠过空中 ， 威力相当于芮氏规模5.5的地震 。 科学家早就怀疑 ， 北极光的能源来自带电粒子与北极磁场接触产生的扭曲磁场 ， 但这个理论一直到2010年5月才获得证实 ， 当时瑟密斯任务的卫星群从地球上空6万多公里首度测到扭曲磁场的结构 。 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（Field line）集中到南北两极 。 当他们进入极地的高层大气时 ， 与大气中的原子和分子碰撞并激发 ， 产生光芒 ， 形成极光 。 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（Fairbanks）一年之中有超过200天的极光现象 ， 因此被称为“北极光首都” 。

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