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北欧五国旅游15天价格如何假装自己去北欧看了极光

长河网 • 2019-01-23 10:54:09 • 旅游 • 阅读 30
「你生在太阳吹来的风中，来到了地球外层高空，带电粒子在磁场中转呀转，聚集到北极南极，激荡了氧气氮气，发出那炫目的红红绿绿……」 撰文 | 吴进远（美国费米国家加速器实验室） 编辑 | 金庄维 极光是一种美丽迷人的自然现象，看到极光据说是
原标题：如何假装自己去北欧看了极光「你生在太阳吹来的风中，来到了地球外层高空，带电粒子在磁场中转呀转，聚集到北极南极，激荡了氧气氮气，发出那炫目的红红绿绿……」撰文|吴进远（美国费米国家加速器实验室）编辑|金庄维极光是一种美丽迷人的自然现象，看到极光据说是人生四大梦想（另一个版本说是七大梦想）之一。同时，看极光也是许多高端旅游产品的卖点。不过，要想看到真的极光，必须了解极光是怎样产生的，极光有什么特点，如何与晨曦、晚霞或者月光相区分。在这篇文章里，我们首先讨论极光产生的机制，然后与大家分享作者在一次坐飞机时拍摄到的极光照片，并且介绍拍摄的要点与经验。极光如何产生关于极光产生的机制，有很多细节人们仍然不清楚，不过有一点已经得到确认，那就是极光的能量是由太阳风提供的。太阳风是太阳向周围喷射的带电粒子，其中主要的成分是质子。我们平时看到的太阳好像是个温火慢烧的煤球，可是实际上太阳内部的能量转换过程非常剧烈。太阳活动会在太阳表面产生高达数万公里的炽热气流，将太阳的物质向外抛射，每秒能抛出800公斤左右。注意不要将太阳风与太阳光混淆，太阳风的粒子也不是以光速飞出来的。太阳风的速度大约在200〜900公里/秒，飞到地球需要几天时间，而太阳光到达地球只需要8分钟。太阳风的粒子到达地球附近后并不会直接砸下来，因为我们的地球有磁场。太阳风的带电粒子进入地球磁场后就受到洛伦兹力，开始拐弯。洛伦兹力总是与带电粒子的运动方向相垂直的，因此并不会使它的能量损失，但却能改变它的方向。在地球磁场的作用下，太阳风粒子大部分将绕过地球，而不是吹到地球上。太阳风与地球磁场（图源：gl.wikipedia.org）由于太阳风是带电粒子，如此大量的带电粒子运动将形成很大的电流，产生一个大尺度的磁场。这个磁场与地球自身的磁场叠加，使得地球周围空间总磁场的形状像一个快速游泳的水母一样——有一个扁球状的头，后面拖着一个长尾巴。地球上的生物，从恐龙到人类，都应该感恩地球的磁场。如果没有磁场会怎么样？一个活生生（确切说：死翘翘）的例子就是我们的“邻居”——战神火星。有科学家认为，火星在约40亿年前失去了磁场，于是太阳风就把火星表面的气体分子吹走了。现在火星表面大气压强约6百帕（hPa），而地球表面大气压强约1000百帕。如果地球磁场没有了，我们周围的大气最终也会被太阳风吹走，变成像果酱瓶里那样的近似真空。当然大气丢失有一个过程，不至于我们哪天上着班或者睡着觉，周围就变成了真空，我们就原地爆炸了。不过，我不很清楚，在大气逐渐被太阳风吹走的这段时间里，有没有地面的生物，来得及进化成为可以在低压中生存的物种。或者在地下水体中生存的生物，可以一直存活下去。前不久，科学家在火星冰盖下发现了冰下湖，相信人们在不久的将来，就能知道那里是不是存在生物。好了，我们不要再开脑洞想象不太会发生的灾难了，让我们回到现在，继续欣赏谈论美丽静好的极光。太阳风的带电粒子来到地球的外层高空，磁场施加在这些运动着的带电粒子上的洛伦兹力，使得它们拐弯，可以想象其中会有一部分在磁场中绕着圈地转。而高空大气被电离以后，有的电子也可能从太阳风获得能量，在磁场中绕圈。这些带电粒子可能具有一定的向南或向北的初始速度分量，于是它们就会沿着像牵牛花藤一样的螺旋线轨迹，向北极或南极运动。带电粒子在磁场中沿螺旋线轨迹运动（图源：ualberta.ca）在靠近两极的地方，地球的磁场比较强，因此，带电粒子运动轨迹的半径就会越来越小。这样一来，带电粒子运动的空间就狭窄了，相应密度就大了。地球磁场就像漏斗一样，让巨大外层空间中的带电粒子，集中到北极南极的上空。当然，这些带电粒子并不会打到两极的地面上。因为两极附近的磁场是漏斗形的，带电粒子转圈时，受到的洛伦兹力有向上的分量。这个向上的分量使得粒子向下运动的速度逐渐变慢，最终向上飞回去。这种现象叫做磁镜效应。存在于北极与南极上空的这些带电粒子，在运动中会与大气中的分子与原子碰撞，使之被激发，达到较高的能级。而当被激发的原子回到基态时，释放出一定能量的光子，就形成了极光。根据原子激发态与基态之间能量差的不同，放出光子的能量也不同，而光子的能量与光的频率成正比，因此我们可以看到不同颜色的极光。在极光的光谱当中，最主要的是558纳米的绿光，这是氧原子发出的。原子态的氧存在于高层大气，而在100公里高度以下含量急剧减少。因此，很多时候极光都有一个清晰的下部边界，像是一幅裁剪整齐的幕布。拍摄要点与经验太阳风强弱的变化与地球的季节没有关系，因此极光在任何季节都可能看到。大多数情况下，极光的亮度比较暗，要在天色全黑的情况下才能看到。而在夏季，尤其是接近夏至期间，高纬度地区日照时间很长，夜间很短，在北极圈之内甚至会出现永昼，太阳24小时不落，这样就不可能看到极光。如果单考虑黑夜时长，固然冬季最佳，但是冬季去高纬度地区恐怕太冷了。因此，综合考虑起来，春秋季是比较折中时段。除了参加高端旅游团去高纬度地区，还有一个相对比较廉价的方法可以看到极光，就是在国际旅行时，乘飞机夜间飞过高纬度地区。大多数国际航班是在出发地时间中午到下午的时段起飞，因此从西向东飞行的航班往往会在夜间飞过高纬度地区，而从东向西的航班则会一直飞行在太阳照射的地区。比如中国飞往美国的航班会在夜间飞过阿拉斯加地区，从飞机的左侧有时可以看到极光，如果可能，在订票时可以挑选A列靠窗的座位。下图是作者在一次从北京飞往旧金山时拍到的极光照片。（图片由作者提供）极光有时候亮度很低，因此拍摄时照相机的曝光度应该设置得比较高一些。飞机飞行时晃动比较大，不能靠无限增加快门时间的方法来增加曝光度，光圈的增加作用也很有限，因此必须将感光元件的感光度设定得高些。作者在拍摄时，将感光元件的ISO设置在10000到12800左右，光圈设置在F2.8，快门为1秒左右。人眼在暗光条件下无法辨别颜色，图中的极光用肉眼看是灰白色的，像云雾一样。可是只要用照相机拍成照片，立即就可以看出极光的绿色。从图中我们还可以看出，月光所照耀的飞机机翼以及云层与极光的颜色有显著不同。很多时候，人眼的性能比照相机好。然而在暗光颜色还原上，照相机却是可以超过人眼的。因此大家从机舱看到窗外向白云一样的带状物时，不要轻易放过，先用照相机拍下来再做判断。此外提醒读者注意不要将极光与晨曦或者晚霞混淆。晨曦或晚霞是太阳光照射在云层所形成的，产生在日出前或日落后，颜色基本是红色。而极光虽然也会有红色，但通常会同时出现很强的绿色。当然，历史上人们确实曾经把极光误认为是晨曦，Aurora这个词就是从拉丁文“晨光，黎明女神”来的。尽管我们现在知道极光是太阳风推动的带电粒子激发气体形成的，但是既然在古代希腊与罗马神话中没有出现过“太阳风”这样一位女神，我们现在也就不必要去修改这个名字了。来源：赛先生编辑：椒盐猫卷饭责任编辑：

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