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標 題: [科學發展] 飄飄飛舞的極光（一）
發信站: 政大狂狷年少 (05/31/06 15:53:58 Wed)
飄飄飛舞的極光 < 摘自科學發展月刊2005年10月 第394期 40∼45頁 >
極光，在極區上空飛舞的光幕，宛若光之舞姬一般飄舞，奇幻莫測。
有些像青綠般的竹籬，發出綠瑩瑩的光芒，
隨著高空的風飄移舞動，有些又像紅色光幕般幻動。
極光，令人一見難忘，難怪有人一再重返極區觀賞。
撰文：傅學海（臺灣師範大學地球科學系副教授）
--------------------------------------------------------------------------
古籍中的「極光」片羽
中國古籍中有豐富的極光記載，也多簡短地註明極光發生的日期、形狀、大小、
方位，以及一些對極光的看法。
早在兩千多年前的漢朝，便有極光的記載。例如《漢書•天文志》：「漢惠帝
二年（西元前 193 年），天開東北，廣十餘丈，長二十餘丈。」認為極光是
天被打開後的情形，而且描述了極光出現的方位、寬度與長度。此外，在《古
今圖書集成》中也有一段生動的記載：「漢成帝建始三年七月（西元前 30 年
8 月 21 日至 9 月 19 日）夜，有青黃白氣長十餘丈，光明照地，或曰天裂，
或曰天劍。」顯示極光旺盛，亮度可以照亮大地，而且形狀一束一束像是劍狀。
http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2005_115/9410-07-02.jpg
光精靈的舞蹈。
還有一些記載清楚地描述極光的大小與形狀。例如《漢書•天文志》記載：「
漢永始二年二月癸未（西元前 15 年 3 月 27 日）夜，東方有赤色，大三四
圍，長二三丈，索索如樹。南方有大四五圍，下行十餘丈，皆不至地滅。」描
述了南方極光下降的情形，顯示極光也有上下的動態，並注意到了極光並不會
抵達地面。
更有少數記載了極光的聲音。例如在《晉書•帝紀》中記載了極光會發出聲音：「
晉太安二年十一月（西元前 303 年 12 月）……壬寅（27 日）夜，赤氣竟天，
隱隱有聲。」這現象即使在現代也是一個待解的謎，因為極光發生的高度，離
地面約 90 公里以上，大氣密度非常稀薄，比實驗室能產生的真空還稀薄，應
該不會形成人耳能聽見的聲音。極光發生時，或許產生了某種機制，讓地面的
空氣震動，產生我們可以聽見的聲音。
自古以來，人類對極光的認識，一直停留在觀察極光的外形、顏色與變化上，
夾雜著情緒上的驚嘆、恐懼。直到 20 世紀，了解地球磁場與太陽風的關聯後，
才認識了極光的起因與本質。
太陽風
風，在日常生活中隨時隨地感受的到。微風吹拂使人清爽，狂風使人驚懼，寒
風刺骨，春風拂人……
那，什麼是風呢？或風是什麼？
從電風扇或手搖扇可以知道，扇葉轉動或扇子搖動使空氣流動會形成風，也就
是說空氣中的分子流動時就形成風。空氣分子越多、流動越快，風越大。同樣
地，許多粒子由太陽表面發射出來，在太陽系的空間中流動就形成「太陽風」。
不同的是，太陽風中的粒子不是一般的原子與分子，而是帶有電性的離子。
太陽表面溫度高達攝氏 6,000 度，許多原子都被游離成為帶電粒子，其中最
多的是質子與電子，而帶電粒子會受到磁場的影響。與地球一樣，太陽也是一
個大磁鐵，表面布滿許多磁力線。多數磁力線突出太陽表面又彎回太陽表面，
形成一個個拱橋似的曲線。帶電粒子沿著磁力線運動，又回到太陽表面。
使用Ｘ光波段觀測太陽，可以發現太陽發出很強的Ｘ光，緊裹在色球之外，屬
於內層日冕。由Ｘ光波段所拍攝到的太陽影像中，可看到許多亮點與拱弧形，
這些都是磁力線變化劇烈或磁力線密集的區域。但是也可以看到一長條暗黑、
不發出Ｘ光的條痕區，稱為「日冕洞」。
經由許多太空衛星或太空船的偵測，科學家一路追蹤太陽風粒子，可以追溯到
日冕洞，顯示太陽風是由日冕洞發出的。經過太陽物理學家的研究顯示，日冕
洞是太陽表面磁力線開放區。也就是說，磁力線由日冕洞延伸出去後並不會彎
回太陽表面，帶電粒子沿著日冕洞的磁力線運行，就一路出發不復返而成為太
陽風。
另外，太陽表面有一些磁場密集的所在，磁力線會突然崩解，磁能瞬間釋放形
成「閃焰」事件，爆發出大量帶電粒子，形成太陽風。閃焰事件有大有小，規
模大的閃焰可以把好幾千億噸的太陽物質一股腦兒拋射出去。閃焰爆發的速度
可以高達每秒 900 公里，通常速度大約是每秒 300 ~ 500 公里，這些太陽風
粒子約 1 ~ 3 天的時間就到達地球附近，會明顯影響地球的磁場與大氣。
范艾倫輻射帶
地球磁場捕獲太陽風中的帶電粒子形成輻射帶，保護了地球上的生命，也是極
光形成的原因之一。
如果高速運動的太陽風粒子直接轟擊地球表面，會對生命造成嚴重的威脅。所
幸地球有一個磁場，當太陽風粒子吹到地球附近時，便會沿著地球磁場的磁力
線運行。當進入磁極區上空後，會再反轉逆行。因此，帶電粒子在兩極區間流
竄，形成「輻射帶」。
范艾倫博士在 1958 年負責火箭探空，在發射升空的探測者一號火箭上，裝置
偵測高能粒子的蓋格輻射計數器，偵測到地球大氣之外有一個密集高能粒子的
區域。隨後在同一年又發射了探測者三號，顯示地球大氣之外，有一個高能帶
電粒子聚集區圍繞著地球。為了紀念范艾倫博士的發現，就把這個區域稱為「
范艾倫輻射帶」。
「輻射帶」這個名詞很容易使人誤解，因為它的形狀並不是帶狀的，而是比較
像甜甜圈。有人建議依據它的磁性而稱為「磁球」，木星、土星等行星也具有
類似的輻射帶，一般就稱為「磁球」。
< 待續 >
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標 題: [科學發展] 飄飄飛舞的極光（一）
發信站: 政大狂狷年少 (05/31/06 15:53:58 Wed)
飄飄飛舞的極光 < 摘自科學發展月刊2005年10月 第394期 40∼45頁 >
極光，在極區上空飛舞的光幕，宛若光之舞姬一般飄舞，奇幻莫測。
有些像青綠般的竹籬，發出綠瑩瑩的光芒，
隨著高空的風飄移舞動，有些又像紅色光幕般幻動。
極光，令人一見難忘，難怪有人一再重返極區觀賞。
撰文：傅學海（臺灣師範大學地球科學系副教授）
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古籍中的「極光」片羽
中國古籍中有豐富的極光記載，也多簡短地註明極光發生的日期、形狀、大小、
方位，以及一些對極光的看法。
早在兩千多年前的漢朝，便有極光的記載。例如《漢書•天文志》：「漢惠帝
二年（西元前 193 年），天開東北，廣十餘丈，長二十餘丈。」認為極光是
天被打開後的情形，而且描述了極光出現的方位、寬度與長度。此外，在《古
今圖書集成》中也有一段生動的記載：「漢成帝建始三年七月（西元前 30 年
8 月 21 日至 9 月 19 日）夜，有青黃白氣長十餘丈，光明照地，或曰天裂，
或曰天劍。」顯示極光旺盛，亮度可以照亮大地，而且形狀一束一束像是劍狀。
http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2005_115/9410-07-02.jpg
光精靈的舞蹈。
還有一些記載清楚地描述極光的大小與形狀。例如《漢書•天文志》記載：「
漢永始二年二月癸未（西元前 15 年 3 月 27 日）夜，東方有赤色，大三四
圍，長二三丈，索索如樹。南方有大四五圍，下行十餘丈，皆不至地滅。」描
述了南方極光下降的情形，顯示極光也有上下的動態，並注意到了極光並不會
抵達地面。
更有少數記載了極光的聲音。例如在《晉書•帝紀》中記載了極光會發出聲音：「
晉太安二年十一月（西元前 303 年 12 月）……壬寅（27 日）夜，赤氣竟天，
隱隱有聲。」這現象即使在現代也是一個待解的謎，因為極光發生的高度，離
地面約 90 公里以上，大氣密度非常稀薄，比實驗室能產生的真空還稀薄，應
該不會形成人耳能聽見的聲音。極光發生時，或許產生了某種機制，讓地面的
空氣震動，產生我們可以聽見的聲音。
自古以來，人類對極光的認識，一直停留在觀察極光的外形、顏色與變化上，
夾雜著情緒上的驚嘆、恐懼。直到 20 世紀，了解地球磁場與太陽風的關聯後，
才認識了極光的起因與本質。
太陽風
風，在日常生活中隨時隨地感受的到。微風吹拂使人清爽，狂風使人驚懼，寒
風刺骨，春風拂人……
那，什麼是風呢？或風是什麼？
從電風扇或手搖扇可以知道，扇葉轉動或扇子搖動使空氣流動會形成風，也就
是說空氣中的分子流動時就形成風。空氣分子越多、流動越快，風越大。同樣
地，許多粒子由太陽表面發射出來，在太陽系的空間中流動就形成「太陽風」。
不同的是，太陽風中的粒子不是一般的原子與分子，而是帶有電性的離子。
太陽表面溫度高達攝氏 6,000 度，許多原子都被游離成為帶電粒子，其中最
多的是質子與電子，而帶電粒子會受到磁場的影響。與地球一樣，太陽也是一
個大磁鐵，表面布滿許多磁力線。多數磁力線突出太陽表面又彎回太陽表面，
形成一個個拱橋似的曲線。帶電粒子沿著磁力線運動，又回到太陽表面。
使用Ｘ光波段觀測太陽，可以發現太陽發出很強的Ｘ光，緊裹在色球之外，屬
於內層日冕。由Ｘ光波段所拍攝到的太陽影像中，可看到許多亮點與拱弧形，
這些都是磁力線變化劇烈或磁力線密集的區域。但是也可以看到一長條暗黑、
不發出Ｘ光的條痕區，稱為「日冕洞」。
經由許多太空衛星或太空船的偵測，科學家一路追蹤太陽風粒子，可以追溯到
日冕洞，顯示太陽風是由日冕洞發出的。經過太陽物理學家的研究顯示，日冕
洞是太陽表面磁力線開放區。也就是說，磁力線由日冕洞延伸出去後並不會彎
回太陽表面，帶電粒子沿著日冕洞的磁力線運行，就一路出發不復返而成為太
陽風。
另外，太陽表面有一些磁場密集的所在，磁力線會突然崩解，磁能瞬間釋放形
成「閃焰」事件，爆發出大量帶電粒子，形成太陽風。閃焰事件有大有小，規
模大的閃焰可以把好幾千億噸的太陽物質一股腦兒拋射出去。閃焰爆發的速度
可以高達每秒 900 公里，通常速度大約是每秒 300 ~ 500 公里，這些太陽風
粒子約 1 ~ 3 天的時間就到達地球附近，會明顯影響地球的磁場與大氣。
范艾倫輻射帶
地球磁場捕獲太陽風中的帶電粒子形成輻射帶，保護了地球上的生命，也是極
光形成的原因之一。
如果高速運動的太陽風粒子直接轟擊地球表面，會對生命造成嚴重的威脅。所
幸地球有一個磁場，當太陽風粒子吹到地球附近時，便會沿著地球磁場的磁力
線運行。當進入磁極區上空後，會再反轉逆行。因此，帶電粒子在兩極區間流
竄，形成「輻射帶」。
范艾倫博士在 1958 年負責火箭探空，在發射升空的探測者一號火箭上，裝置
偵測高能粒子的蓋格輻射計數器，偵測到地球大氣之外有一個密集高能粒子的
區域。隨後在同一年又發射了探測者三號，顯示地球大氣之外，有一個高能帶
電粒子聚集區圍繞著地球。為了紀念范艾倫博士的發現，就把這個區域稱為「
范艾倫輻射帶」。
「輻射帶」這個名詞很容易使人誤解，因為它的形狀並不是帶狀的，而是比較
像甜甜圈。有人建議依據它的磁性而稱為「磁球」，木星、土星等行星也具有
類似的輻射帶，一般就稱為「磁球」。
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