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下面是北极光的物理原理: . |* b& Y" W$ V% m3 L+ A' N* P8 ?9 x2 G# M: k4 n
首先,太阳表面的巨大火焰会释出“太阳气体”—即具有能量的质子和电子。经过两天的时间,这些粒子(质子与电子)会到达地球而被吸引至北极和南极的上空(注:南极也会产生类似北极光的现象,称为南极光(aurora australis))。此时,电子(带负电)会受地球磁场影响而偏折成片状的电子束,类似於铁屑受磁场磁力的影响而生成一系列的线条。这些电子在地球上空会与 O2 或 N2 碰撞而使 O2 和 N2 激发、游离或分解成 O 和 N 的原子。% z& R& b# A" C/ H
8 ?. m! D. A9 k, y4 Y. y; V 这些因碰撞而生成的具能量激发态原子、离子或分子回复至基态时,会释放出能量,如 释出红光(波长约630nm);释出紫光(波长约391.4nm)和蓝光(波长约470.0nm);氧原子则放出黄绿光(波长约557.7nm)灰深红色光(波长约630.0nm)。* c& |' J. _" c/ K9 M' h6 W
+ p7 n- a, h& ], |0 X9 r9 ~ 质子也扮演了部分角色,当质子来到地球上空时,会与氧原子产生多次碰撞,因质子会夺取氧原子的一个电子而生成 离子和 H 原子,此二物种回复至基态时也会释放特定的光波,而使北极光的颜色更为多样,特别是氢原子的巴耳麦系光谱(Balmer series),几乎包含了各色光的波长。. n5 ^. B9 j* @6 s6 d$ x$ y1 K6 [! H
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离北极约2000公里的人们大概每晚均可见至北极光,住在美国北部的居民每年只可见得数次。但当太阳表面的活动不寻常地活跃而产生大量的太阳气体时,连位在南部的墨西哥偶而也能一睹其风采