為何極光有不同的顏色？

為何極光有不同的顏色？

好多人以為極光只有綠色是非常錯誤的觀念! 其實極光顏色通常有綠、紅、黃、藍、紫或粉紅等。當太陽發生強烈的活動時會造成太陽風(Solar wind)--由太陽上層大氣射出的超高速電漿（帶電粒子）流。當大量的帶電粒子受到地球北極和南極的磁場導引直接進入大氣層和高層大氣（熱層）中的原子碰撞造成的發光現象，就是北極光(Northern Lights/Aurora）或南極光 (Aurora Australis )。

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（英文：Thermosphere），亦稱熱成層、熱氣層或增溫層，是地球大氣層的一層。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^[2]。極光大約在400～1000公里的高空發生，但是在100公里以下時，由於大氣太過濃密而使原子本身的碰撞都無法放出足夠的光。

極光不同的顏色

綠色

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。(圖1: Swan Aurora )

藍色、紅色或紫色

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，它發出的是波長是大量分布在紅色和藍色，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。由於氮原子放出光子較快，所以極光較低的部分看起來比高處移動要快。藍色和紫色的發射通常出現在簾幕的底端，顯示太陽的活動非常活躍^[3]。(圖2: Aurora Storm)

黃色和粉紅

黃色和粉紅色是紅色和綠色混合的結果。(圖3: Aurora Rainbow)

 

為何在不同的高度會輻射出不同的顏色?

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。 (圖4  : Corona Breakup )

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。在它的後方（上方）是粉紅色，混合著淺綠色和紅色，緊接著是純紅色、黃色（紅光和綠光的混合可以產生黃色光或粉紅色的光），最後是純藍色。 (圖 5: Aurora Fire)

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1. Feldstein, Y. I. Some problems concerning the morphology of auroras and magnetic disturbances at high latitudes. Geomagnetism and Aeronomy. 1963, 3: 183–192.Bibcode:1963Ge&Ae...3..183F
2. 謝礎, 賈玉紅, 黃俊, 吳永康. 航空航天技術概論（第2版）. 北京航空航天大學出版社. 2008: 66. ISBN 978-7-81124-428-1.
3. Windows to the Universe - Auroral colors and spectra.