多久什么是极光，为什么它们会有不同的形状和颜色？

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简要回答

几千年来，人类一直观察在黑暗的夜空中跳舞的美丽光带，并从中得到启发。今天，我们把这些光称为极光：北半球的极光，南半球的极光。

• 01

  如今，我们知道极光是由来自地球磁层和太阳风的带电粒子与地球上层大气中的其他粒子碰撞造成的。这些碰撞激发了大气中的粒子，然后当它们 "放松到未被激发的状态时释放出光。
  光的颜色对应于大气粒子释放的不连续的能量块，也是在最初的碰撞中吸收了多少能量的一个指标。
  极光显示的频率和强度与太阳的活动有关，它遵循11年的周期。目前，我们正在接近下一个最大值，预计在2025年。长期以来，北美、欧洲、亚洲和澳大利亚的人们都记录了这种显示。
  在17世纪，对造成极光的原因的科学解释开始出现。可能的解释包括地球大气层中的空气从地球的阴影中升起，成为太阳光（伽利略在1619年）和高空冰晶的光反射（勒内-笛卡尔和其他人）。

  
• 02

  1716年，英国天文学家埃德蒙-哈雷（Edmund Halley）第一个提出了与地球磁场的可能联系。1731年，一位名叫Jean-Jacques d'Ortous de Mairan的法国哲学家注意到太阳黑子的数量和极光之间有一个巧合。他提出，极光与太阳的大气层有关。
  正是在这里，太阳上的活动与地球上的极光联系起来，产生了现在称为 "太阳物理学 "和 "空间天气 "的科学领域。
  地球的磁场是一个粒子捕集器，最常见的极光来源是在地球磁层内旅行的粒子，磁层是由地球的自然磁场所占据的空间区域。
  地球磁层的图像通常显示磁场是如何保护地球免受空间辐射，并排斥太阳风中的大多数干扰。然而，通常没有强调的是，地球的磁场包含它自己的带电粒子群（或 "等离子体"）的事实。

  
• 03

  磁层是由从地球上层大气逸出的带电粒子和从太阳风进入的带电粒子组成。这两种类型的粒子都被困在地球的磁场中。
  带电粒子的运动是由电场和磁场控制的。带电粒子围绕着磁场线回旋，因此，在大尺度上看，磁场线就像等离子体中带电粒子的 "管道"。
  地球的磁场类似于标准的 "偶极子 "磁场，场线在两极附近聚集在一起。这种场线的聚集实际上改变了粒子的轨迹，有效地将它们转过来，回到它们来时的路上，这个过程被称为 "磁镜"。
  地球的磁层在湍流的太阳风中在安静和稳定的条件下，磁层中的大多数粒子保持被困，愉快地在太空中的南磁极和北磁极之间跳动。然而，如果太阳风中的扰动（如日冕物质抛射）给磁层一个 "重击"，它就会受到干扰。

  
• 04

  被困的粒子被加速，磁场的 "管道 "突然改变。原本愉快地在南北之间弹跳的粒子现在的弹跳位置被移到了较低的高度，那里的地球大气层变得更加稠密。
  因此，带电粒子在到达极地时，现在很可能与大气中的粒子发生碰撞。这被称为 "粒子降水"。然后，当每一次碰撞发生时，能量被转移到大气颗粒上，激发它们。一旦它们放松，它们就会发出光，形成我们看到的美丽的极光。在天空中跳舞的惊人的极光显示是太阳风和磁层之间复杂的相互作用的结果。
  极光出现、消失、变亮并形成窗帘、漩涡、栅栏和行波等结构，都是地球磁层与太阳风相互作用时无形的、不断变化的动态的视觉表现。正如这些视频所示，极光有各种各样的颜色。
  最常见的是绿色和红色，它们都是由高层大气中的氧气发射出来的。绿色极光对应于接近100公里的高度，而红色极光在更高的地方，超过200公里。
  蓝色是由氮气发出的，它也可以发出一些红色。由于这些排放物的混合，一系列的粉红色、紫色甚至白光也是可能的。照片中的极光更加绚丽，因为相机传感器比人眼更加敏感。具体来说，我们的眼睛在夜间对颜色的敏感度较低。然而，如果极光足够明亮，对于肉眼来说，它可能是相当壮观的。
  即使在安静的空间天气条件下，在高纬度地区，如阿拉斯加、加拿大、斯堪的纳维亚半岛和南极洲，极光也可能非常突出。当空间天气干扰发生时，极光可以迁移到更低的纬度，在美国大陆、欧洲中部，甚至澳大利亚南部和大陆都可以看到。空间天气事件的严重程度通常控制着极光可见的地点范围。最强的事件是最罕见的。

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