探索神秘的北極光｜星島教室
發佈時間：11:42 2024-09-19
在遙遠的北極地區，每當夜幕降臨，天空便會上演一場絢麗多彩的視覺盛宴——北極光。這一自然奇觀以其變幻莫測的形態和令人驚歎的色彩，吸引着無數探險家和攝影愛好者前往探尋。
北極光的誕生
大家都給我的美所吸引，我的誕生有賴兩位好友，沒有它們一定不能成就美麗的我。第一位好友是太陽先生。太陽是一個熾熱的火球，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」。這些帶電粒子帶同太陽的磁場，走過了差不多2天的路程才來到地球。接着就會遇上我另一位好友——地球的磁場後又會被俘虜，最後被牽引至地球南、北極附近，與大氣高層的粒子碰撞，形成絢麗的極光。
太陽每隔11年，活躍程度便會到達高峰。在這些太陽暴怒的時候，它的表面可能發生一些稱為「耀斑」的高能爆發，伴隨爆發大量的帶電粒子被拋射出太空。這些極高能的粒子可能帶來了比平時大千倍的能量，使極光變得非常燦爛，所以我的出現，與太陽和地球磁場可算是息息相關。
五彩斑斕謎底
你還可能會羨慕我身上五彩斑斕的色彩，它究竟是從何而來？為甚麼時而藍青，時而泛紅？
顏色的不同，取決於3個因素。首先，不同地區的大氣成分會影響帶電粒子與大氣分子碰撞時釋放出的光線顏色。例如，如果大氣中含有更多氮氣，那麼可能更容易產生藍色或紫色的極光。此外，地球磁場在兩極地區較為複雜，不同磁場結構可能導致帶電粒子在碰撞大氣分子時產生不同能量釋放，從而呈現出不同顏色。最後，太陽活動的強弱亦會影響極光的顏色。在太陽活動較為強烈的時期，帶電粒子的能量更高，與大氣分子碰撞時可能產生更強烈的光線，使得極光顏色更加鮮艷。
南極雙生兒
地球上其實還存在與我相似的天文現象，它就是我的孖生兄弟「南極光」。南極光與北極光相對應，南極光發生在地球南極的高空，其形成原理與北極光相同，都是由於太陽風與地球磁場相互作用所產生的。儘管南極光和北極光在形成原理上相似，但它們在地球上的出現位置和觀測條件卻有所不同。
由於地球的自轉和公轉，北極光主要出現在北半球的高緯度地區，如加拿大、俄羅斯和北歐等地；而南極光則主要出現在南半球的高緯度地區，如南極洲、南美洲和澳大利亞等地。此外，由於地球磁場的特性，南極光和北極光在形態和顏色上亦可能存在一定的差異。南極光在顏色上可能偏向於粉紅或藍紫色。這主要是由於南極地區的大氣成分和磁場結構可能與北極有所不同，導致帶電粒子與大氣分子碰撞時釋放出的光線顏色有所差異。而北極光顏色更為多樣，包括綠色、紅色、紫色等。其中，綠色最常見，這是由於氧原子在高層大氣中被激發後釋放出的光線。紅色則較為罕見，通常出現在更強烈的太陽活動或特定的磁場條件下。
天文世界的親友
除了北極光和南極光外，宇宙中還存在許多類似的天文現象。這些現象雖然各具特色，但都與太陽、地球磁場和大氣等因素密切相關。
- 日冕物質拋射（CME）：這是一種太陽活動現象，表現為太陽表面物質突然向外拋射。當這些物質與地球磁場相互作用時，可能會引發地磁暴和極光等現象。
- 流星雨：是由宇宙塵埃和微小顆粒在地球引力作用下進入大氣層時燃燒產生的。這些流星雨在夜空中劃過一道道美麗的弧線，為觀測者帶來無盡的遐想。
- 彗星：是一種由冰、塵埃和岩石混合體組成的天體。當彗星軌道靠近太陽時，太陽的熱量和光線會使彗星表面的物質昇華並反射太陽光，形成一道明亮的光帶。這些光帶在夜空中呈現出獨特的形態和色彩。
香港見到極光嗎？
專家表示，根據外國預測，雖然部分與香港相同緯度如古巴等地區，都可以觀看到極光，但目前只有特定地區出現的機會較大，估計在香港見到極光的機會非常低。
不說你可能不知道，我們日常生活中有一個設備，它的工作原理和極光相當相似，可算是隱世極光，那就是霓虹燈。霓虹燈是在燈管兩極加強電壓來加速電子，再藉着高能電子撞擊燈管中低密度的氣體粒子來使氣體發光，這原理就跟極光的產生是一樣的喔！
小知識，大智慧
- 為甚麼北極光和南極光主要出現在地球的兩極地區？
- 如果地球沒有磁場，還會發生北極光和南極光嗎？
參考答案
- 因為這些地區的磁場線較為集中，使得太陽風中的帶電粒子更容易沿着磁場線進入地球高層大氣中，與大氣分子發生碰撞並產生極光現象。
- 如果地球沒有磁場，那麼太陽風中的帶電粒子將無法被引導至地球高層大氣中，因此也就不會發生北極光和南極光現象。磁場在極光形成過程中起到了至關重要的作用，它使得帶電粒子能夠沿着特定的路徑進入大氣層，並與大氣分子發生碰撞產生極光。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：仁濟醫院羅陳楚思中學校長楊佩珊
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