听过《欧若拉》的你真的了解极光吗？

浅绿色的光晕、优雅的弧度、帘幕般的褶皱……极光，作为天文学、地质学、磁力学及核物理共同造就的自然奇迹，在人类文明中扮演着充满灵性而神秘的角色。关于极光，人们也有很多疑问，比如为什么极光大多是绿色的，却偶见淡紫或蓝紫色的暗影？为什么我们有时看到直入天际的光柱，而有时却看到一缕缕丝带？为什么极光时而平静，时而张狂？是什么让极光突然鼓动变色……

伦敦帝国理工学院等离子物理专业博士温德里奇遍访瑞典、挪威，冰岛、加拿大，将神话、艺术、科学、文化融于行记之中，从民间传说到科学原理，从冰天雪地到缤纷光影，一起跟随她去追寻极光吧~

《极光》梅勒妮.温德里奇著

在地球46 亿年的历史中，磁场和大气这对组合陪伴它度过了至少80%的生命。

磁场即使不是与生俱来，也几乎与地球的寿命相差无几。而大气的产生也要追溯到38 亿年前，当时地球形成不久，在冷却过程中，火山喷发出大量气体，就形成了大气（然而此大气并非我们熟知的大气层；早期的大气不含氧，大约在10 亿年前，厌氧生物的出现才形成了氧气）。

自从地球同时拥有了磁场和大气，极光便出现了。

无数人为极光所痴迷，在于极光的景象能激荡起人心底的灵性，而这似乎无关观赏者的年龄、信念、信仰及其所处的时代。即便我们现已掌握极光的起源，它的魔力却并未因此消散，人们依然纷至沓来。

加拿大西北地区黄刀镇附近的一个湖上明亮的绿色极光。黄刀镇位于极光椭圆正下方，在这里，几乎每个晴朗的黑夜都能看到极光，主色为绿色 JamesPugsley, Astronomy North Society

冰岛西北部瓦斯半岛（VatnnesPeninsula）水面上的极光。照片前景是15米高的犀牛石（Hvítserkur）玄武岩堆。 YuichiTakasaka

拍摄于加拿大黄刀镇的极光巨幕图像。我喜欢这张图里射线结构的极光。这颜色像大雨一样倾盆而下。 AuroraMAX

《极光：探索极地文明与自然科学中的光影奇迹》一书作者认为自己此生拍摄得最好的一张极光图片。

极光是如何形成的？

极光看上去是极地高空大气层上演的一场摄人心魄的光舞秀，亦是这两大天体相互作用的结晶。如果想琢磨明白极光的产生原理，就需要认真琢磨一下地球和太空的关系和互动，还有二者之间游移不定的边界。它们共同参与了北极光的故事，而我们地球那不起眼的大气层则起了重要的作用。大气层正是这场戏剧上演的荧幕。

从国际空间站看到的南极光 NASA

按照空气温度划分，地球大气主要分为五层，几乎所有我们熟知的大气现象都出现在最底层，即对流层（troposphere）。四分之三的大气质量都集中在这薄薄的对流层中，其平均厚度为12千米。越高空气越稀薄。由于大气层是根据温度来划分的，若以全球范围来看，对流层的厚度有细微差异。高温会导致空气膨胀，所以对流层在赤道上空最厚，两极地区相对稀薄。

对流层一词有“改变”“旋转”引申而来。地表空气受热上升，与上层空气混合，形成空气对流，因而产生了各种天气现象。蓬松、雪白、完美无瑕的积雨云常见于海拔仅3千米处或更低的地方。高耸、雷鸣般的积雨云像一根根苍白的巨柱，从3 千米以下的高度延伸至15 千米左右。一缕缕小卷云则在海拔6～12 千米处被风快速追逐，这里也正是商用喷气机飞行的高度。对流层的平均气温随海拔增加而稳步下降，最终达到零下60摄氏度。在大约12 千米处，气温稳定下来并且有所回升，我们就进入了平流层。

在这里，由于臭氧的存在，温度开始回升。平流层中的臭氧层阻碍了空气的混合，所以我们所知的大部分天气都局限于对流层内。臭氧层吸收的紫外线将气温提升至零度左右——多么温暖的零度！

在大约50 千米处，气温又开始下降。此处至80千米之间被称作中间层。该层是流星雨出现的地方，来自太空的陨石在飞向地球的过程中，与空气粒子碰撞产生压力和高温，使这些陨石燃烧起来。然而，这一层的大气已经极度稀薄了，中间层的顶部是地球大气温度最低的部分。

海拔80 千米以外是热层，该层的厚度是其他几层大气厚度总和的数倍。在海拔500千米附近的某处，热层逐渐过渡到散逸层，但这个界线可能会随着太阳活动而出现巨大的改变。热层温度升高时，其厚度可达到1000 千米。热层以外是散逸层，在这数千千米的范围内，地球大气最终融入太空。这是一种极其含糊的过渡。从一个角度来看，热层是大气的第四层，而换一个角度，它又可以算作太空，因为国际空间站正是在这一层绕地运行的。

在此高度上，空气粒子的数量迅速减少。即便是在80千米处中间层向热层过渡的位置上，空气密度也只有海平面的十万分之一。这里的气体粒子平均移动约1米才能撞上另一颗粒子。而在海平面上，同样的气体粒子只需移动人类发丝粗细的距离，就会与另一颗相撞。在海拔200千米的热层，空气极度稀薄，一颗粒子移动4～5 千米都不一定会与其他粒子相撞。此类地球上从未实现的极端条件会让原子和分子表现异常。这片稀薄的空间给极光提供了三维幕布。

如图：根据温度不同，可将地球大气分层。我们见到的大部分天气现象都出现在对流层，即海拔20千米内，但极光的位置更高一些——主要在100 千米附近，其延展开来将有数百千米高。

在热层稀薄的空气中，粒子受太阳辐射发生电离。来自太阳光线的入射光子将电子从原子中抽离，使其自由移动，从而产生由负电荷电子和正电荷离子（即剩余原子）组成的带电气体。白天，电离也会出现在中间层的顶部，有时热层外的散逸层也会发生电离。这种跨层分布的电离气体距离地表85～600 千米，被称为电离层，极光就是在这里发生的，主要位于100～250 千米之间。国际空间站拍摄的极光照片显示，明亮的绿色光幕延展开来，逐渐变为红色，直至完全消失。

人类与极光的“前世今生”

极光最早的文字记载，或许可以在《圣经旧约》的《创世记》一卷中找到，如果所述的确是极光，其历史可以追溯到公元前二千年。《创世记》15：17 章节：“日落天黑，不料有冒烟的炉，并点燃的灯，从那些肉块中经过。”炉和灯（又译为“烧着的火把”）代表上帝，上帝被描绘成天光，但其形象完全符合后人对北极光的描述。耶利米（Jeremiah）和以西结（Ezek iel）可能也曾提到过极光。耶利米讲述了“一个沸腾的锅，从北而倾”，这与北极本土的民间故事有些相似之处。以西结描述了“神的异象”，他接着写道：“狂风从北方刮来，随着有一朵包括闪烁火的大云，周围有光辉。”这似乎相当清楚地描述了极光的展现。因其罕见，且变化无常，可以理解为什么极光会被奉为天神的景象。

中国古代也有一些早期的记载。有故事讲到，公元前2000年前，黄帝轩辕氏的母亲曾看到“大电绕枢斗星，大霓绕北斗枢星（大熊座α）”。随后，她便有了身孕。罗伯特·伊瑟（Rober t H.Eather）在其著作《壮丽之光》（Majestic Light s）中指出，这个故事里的光之所以被解读成极光，主要依据三个事实：第一，故事中的星星在北方；第二，光线强烈；第三，如果真是雷暴时的闪电，那么云层会遮住星星。他补充说，在那时，异常的天象通常让人想到伟人的降生。

在温带地区也有关于极光的著作，其中大多都描述了某种不祥的预感，或者把极光显现看作某种预兆或警告，通常具有重大的军事意义。或许这要归因于极光的罕见与颜色。在纬度较低的地区，极光颜色更红，而不是像北极那种典型的绿光，所以，人们有时误以为那是火光。红色也可以理解为空中的血光，就这样，极光就被解读为凶兆。

来自不同群体、在北极圈内广为流传的许多故事，都不约而同地根植于灵魂。但是，是不是所有人都能感受到这种灵性？毫无疑问，那些极地探险家是能够感知的。南森曾经写道，“（看到极光）就好似听到逝去的灵魂在叹息”。斯科特在那次致命的南极探险途中，写下了对北极光的印象：“这是神秘的符号和征兆，是神的启示，是完全关乎精神的神圣的信号。”即便是一些当代冒险家，就像我后来在冰岛见到的弗利西蒂·阿斯顿（Fel icit y A ston），他们也认为，了解极光的起源也无法减少这种印象：“极光给人一种异界的感觉，不管你是否了解它的科学原理。这就是人们一直热爱它的原因。”

图文由北京联合出版社·低音授权使用。