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低緯度極光都是紅色?附極光形成原理簡單解說

太陽風暴 極光

文:Alex


▲David de la Cruz 在西班牙東部海岸,鄰近巴塞隆拿的塔拉戈納(Tarragona)拍攝。

上周末相信令很多渴望見到極光的人畢生難忘,一場地磁大風暴讓很多平時難得見到極光的地區突然出現滿天「紅」彩。在主要社交媒體上,有人誇口稱,在自家廚房的窗戶就能看到極光,也有人問「誰試過穿上短袖上衣看極光?」而最誇張的,相信是一張拍攝於葡萄牙馬德拉島的極光相片。此島雖屬葡萄牙領地,但位置大約在摩洛哥對出的西面海岸,可以說已進入了北非範圍!


▲Pablo Ruiz Garcia 在西班牙北部坎塔布里亞海岸(Los Urros de Liencres)拍攝。

話說攝影師 Paco Farero 當時看到朋友紛紛上載極光相片,而他卻身處葡萄牙馬德拉島(位於北緯 32.7°),感覺甚不是味兒。他想此時此刻絕對不可能呆在房內睡覺,於是決定出去碰碰運氣。結果他獲得幸運之神眷顧,在天空中看到了一些顯眼的粉紅色,又向朋支說「這是一生中只會出現一次的不可思議事情。」

 
 
 
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▲Paco Farero 在處葡萄牙馬德拉島拍攝。

至於在美州的朋友,在緯度差不多的美國加州及亞利桑那州也拍到清晰的極光相片。


▲相信大家很難相像,在極地出現的極光能夠與熱帶植物仙人當同框。Casey Olson 作品


極光形成原理淺解

看過這些不常出現的低緯度極光相片,大家有沒有發現,今次的極光以紫紅色為主,有別於平時常見的綠至淺綠色或藍色?原因其實與太陽耀斑的強度,以及它們撞擊地球大氣層的哪一部分有關。

首先說說促作極光形成的太陽風暴。太陽耀斑會釋放出大量高能量及高速移動的帶電粒子,亦即是俗稱的太陽風暴。太陽越活躍,耀斑越大、越多或越強烈,釋放的帶電粒子就越多,且蘊含越高的能量。


▲日冕物質拋射(Coronal Mass Ejection)釋放大量帶電粒子(太陽風暴)並在一至五日後吹到地球,造成地磁風暴(Geomagnetic storm)(圖片來源:Solar Dynamics Observatory, NASA)

帶電粒子(太陽風暴)吹到地球,地球本身的磁場會將當中少量帶電粒子導引至地球的兩極位置,再與大氣層中的空氣粒子發生碰撞。在一般情況下,來自太陽的帶電粒子主要與大氣層中高度在 100km 至 300km 之間的氧原子(O)碰撞並釋放出綠光。但在猛烈的太陽風暴吹襲時,帶電粒子能夠與低層大氣(高度 80km 至 100km)中數目更多的氮分子(N2)碰撞並釋放出紅光。


▲地球磁場能夠阻擋大部分太陽風暴進入地球,但仍有少量帶電粒子經過兩極位置進入大氣層。(圖片來源:Canon)

此外,在較高層的大氣之中存有相對稀少的氧分子(O)。當它們與帶電粒子相撞時會釋放紅光。這些紅光會與由氮分子釋放的少量藍光混合,形成紫色的極光。


▲帶電粒子與大氣層中不同位置的氣體粒子碰撞,就會釋放不同的極光。(圖片來源:NOSWE)

來源:DIYPhotography

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