極　光 (AURORA) 呂凌霄 中央大學太空科學研究所.

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1 極　光 (AURORA) 呂凌霄 中央大學太空科學研究所

2 哪裡可以看到極光？ 高緯度地區比較容易看到明亮的極光弧（極光弧又叫做分立極光）
中緯度地區比較常看到朦朧的擴散極光。一年中，偶爾幾天磁暴時可看到壯觀的分立極光。 磁暴時，會出現像舞龍一般壯觀的極光弧，分布的範圍，涵蓋中緯與高緯地區。 台灣目前的磁緯度很低，只有十三點五度。大約要再等三百年後，才有機會在磁暴時看到壯麗的極光！

3 極光的分布

4 磁極位置在東西半球之間晃動著… 位在西伯利亞的可能年代約為 西元0、800、 1600、 2300年（前後200年）
位在加拿大的可能年代約為 西元400、1200、 1900年（前後200年）

5 極光什麼時候會出現？ 高緯地區，極光橢圓圈內的地方，每天晚上（尤其是午夜前），如果天空晴朗，一定可以看到極光。
木星的極光，通常出現在午夜以後，因為木星的磁場方向與地球的磁場方向相反！ 非常劇烈的極光活動，通常發生在太陽閃焰之後的一兩天內，這段時間裡，全球地表的磁場也發生大幅變動，故稱為磁暴！

6 太陽閃焰(solar flare)[耀斑]
閃焰發生前的觀測照片 閃焰發生時的觀測照片

7 日珥噴發伴隨著太陽閃焰

8 日珥噴發 （向下可造成閃焰，向上造成上方日冕物質拋射）

9 CME (Coronal Mass Ejection)

10 日冕物質拋射（CME） 如果噴發方向對著地球，而且攜帶著南向磁場， 可造成地球磁暴

11 科學家原以為造成極光的電子是直接來自太陽，後來才知道，其實不然…
約一百年前，一位瑞典科學家首先證明，極光的發光原理與日光燈以及霓虹燈的發光原理相似。是高速電子撞擊稀薄的中性大氣，使大氣粒子躍遷到激發態，然後返回到基礎態，而發光。 科學家原以為造成極光的電子是直接來自太陽，後來才知道，其實不然…

12 壯觀的分立極光發生之前，必有一段時間，地球是浸泡於南向行星際磁場之中 （圖中日側磁層頂地球磁場與行星際磁場重聯時，造成強大的感應電場，可壓縮整個磁層。）

13 造成壯觀的分立極光的原因 來自太陽風的能量，由磁層頂進入磁層後，先被儲存在地球磁尾，等累積到一定程度時，才一口氣，沿著磁場線灌入高緯電離層的極光橢圓圈內，造成絢麗極光。

14 分立極光成對出現在南北 高緯夜空 表示它們 同時來自磁尾

15 強烈極光活動與太陽黑子活動週期的關係 太陽黑子多時，太陽閃焰發生的頻率高。只是太陽黑子少的時候，仍會有日珥噴發的現象。
太陽磁偶極場，在太陽黑子極大期時反轉。因此即使是太陽黑子不多的時期，如果日珥對著地球噴發，且適逢太陽外部磁偶極場朝南，則地球發生強磁暴的機會增加。

16 太陽黑子數目與強磁暴之間的相關性 太陽外部磁偶極方向朝南期間

17 造成擴散極光的原因 地球的磁偶極場可以抓住電子與正離子所組成的電漿。故有磁瓶之稱。可是磁瓶中的電漿會產生電磁場波動，使得少量的高能電漿得以漏出磁瓶，像毛毛雨一般，落入中緯區夜空造成擴散極光。

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19 簾幕狀的極光

20 磁暴時，像舞龍一般的藍色極光弧 （Ｎ2＋ ）

21 每晚可見的綠色極光（Ｏ＋） 難得一見的紅色極光（Ｏ2→Ｏ＋Ｏ）

22 磁暴時，難得一見之紅綠相間的極光 （Ｏ2→Ｏ＋Ｏ）

23 極光光譜

24 極光的觀測 因為極光的光度不如閃電明亮，但是又不像星星那樣慢慢移動，因此在地面上拍攝極光是一門學問，要用感光快的底片，以及大的鏡頭（所以很貴）。 極光的高度比雲的高度高出十倍。因此有雲的日子，地面上看不到極光。除非搭飛機，或者搭太空梭。即使在飛機上，還是由極光的下方觀測極光。太空梭則可由極光的上方觀測極光。 人造衛星飛得太高，只能用紫外光勉強看極光的大致分布情形。無法看到極光的細緻結構。

25 太空梭上所拍攝到的極光

26 人造衛星 用紫外光 所拍攝到的 磁層副暴時 極光的分布 與活動情形。 （南向行星際磁場時，比較容易發生磁層副暴）

27 人造衛星用紫外光所拍攝到的θ極光（很強的北向行星際磁場時才會發生這種θ極光）

28 人造衛星用紫外光所拍攝到的亮點極光（北向行星際磁場時的下午區域比較容易發生）

29 產生極光以及造成極光飛舞的物理機制

30 極光電場分布示意圖

31 極光弧兩側電漿流分布示意圖