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编者按：在挪威萨米人的传说中，极光是北极狐尾巴扫过雪原时迸发的火花；因纽特人认为极光是祖先灵魂在夜空中跳舞；我国古代《山海经》则有“烛龙衔火精以照天门”的记载……迷幻的光影、诗意的想象，折射出人类对极光千年未解的执念。
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\r\n20世纪中叶，随着卫星技术和量子物理的发展，极光的本质逐渐清晰——简言之，就是“太阳风”与地球磁场在百公里高空上的粒子扰动。
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\r\n作为34种天气现象之一，极光是美轮美奂的视觉奇观，是浪漫与幸运的文化象征，更是空间天气的实时显示器。本版策划围绕极光天气的产生、适宜追光的气象条件以及极光预报与空间天气监测等，一起探寻其背后蕴含的气象科学原理与文化故事，
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\r\n专家顾问：
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\r\n国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）空间天气技术研发室高级工程师 韩大洋
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\r\n黑龙江省大兴安岭地区气象台台长 王梅
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\r\n太阳“打喷嚏”：一场极光的降临
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\r\n在天空中闪耀绚丽的极光总是如梦似幻，像是“天外来物”。实际上，它也确实如此。
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\r\n极光是地球外部粒子来到地球后，沿着地球磁场到南、北两极区域，跟大气中的粒子产生相互作用而产生的发光现象。而这些外部粒子源自太阳，在遥远的太空中，太阳表面每天都会有太阳黑子、耀斑等太阳活动。这些太阳活动除了给地球提供能量外，还会产生大量高能带电粒子，它们自太阳喷涌而出，充斥在整个太阳系，被形象地称为“太阳风”。在地球磁场的作用下，“太阳风”的能量围绕地球并被储存，当储存的能量饱和时，便沿着磁力线跑到地球大气层中与大气相互碰撞，被大气原子与分子的核外电子吸收后，又快速得到释放，形成炫彩夺目的极光。
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\"\"\r\n极光高发区处于南北纬65度至75度之间，极光颜色取决于氮和氧浓度。 图片来源：千库网
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\r\n因此，越强的太阳活动会带来越绚丽的极光。大气中氮和氧的含量决定了极光的颜色，而氮和氧的含量又与海拔高度密切相关。大部分极光集中在地球上方90千米至400千米的高度，这主要由大气微粒的种类，以及它们在与粒子碰撞时所产生的能量变化所决定。
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\r\n当处在地球上空300千米至400千米高度的氧原子，与来自太阳的高能带电粒子相遇时，碰撞的过程使氧原子的核外电子吸收额外能量。但原子结构的特殊性决定了核外电子与原子核之间只能容纳固定大小的能量，超出的部分会被快速释放，在释放的过程中就会形成发光现象。氧原子的核外电子所释放出的能量刚好对应红光波长，此时极光看起来就是红色的。而绿色极光，则是来自200千米左右高度的氧原子被次级电子撞击激发时所形成的发光现象。如果来自太阳的高能带电粒子还有能量继续“下冲”，就会与100千米左右高度的氮分子相遇，此时就会产生紫色极光。
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\r\n因此，通常300千米以上的极光以浅红色为主，200千米至300千米的极光以深红色为主，100千米至200千米的极光以绿色为主，100千米以下的极光是蓝色、紫色或多种颜色混合。
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\r\n当高能带电粒子不强时，其受地球磁场影响，基本会被地球的两极俘获，因此极光一般出现在南、北两极。当高能带电粒子强度很强时，与地球磁场相互作用产生磁暴现象，极光便可能出现在中高纬度甚至低纬度地区。
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\r\n但一般来说，想在中国欣赏到极光仍算是个“稀罕事儿”。极光主要出现在被称为“极光卵”的区域，这一区域大致在南北纬65度至75度之间。而我国纬度最高的城市漠河，其纬度为北纬53度左右。此外，地球磁轴与自转轴之间存在约11.5度的夹角，这意味着地理纬度与地磁纬度并不完全重合，并且地球磁轴还向北美洲方向有所偏移。因此，我国实际的地磁纬度要比地理纬度低大约10度，国内大部分地区更加远离极光频发的高地磁纬度区域。
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\r\n但近年来，受太阳活动影响，地磁暴发生频繁，我国新疆、内蒙古、黑龙江、吉林等地出现极光的频率有所增加，漠河市气象局统计数据显示，2023年当地出现6次极光；2024年则出现10次，累计持续达16天。
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\r\n但实际上，极光出现的次数不一定和大家看到的次数吻合，比如天气条件较差，或受光污染影响，其被观测到的概率就比较小。因此，想要有一场更好地追光之旅，还需提前关注极光预报，尽可能选择在晴朗、无光污染的夜空下观测。（李悦）
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\r\n极光预报与空间天气预警
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\r\n极光作为唯一能用肉眼观看到的空间天气现象，也是太阳风暴“吹拂”地球的最佳证据。随着研究深入，人们发现，想要对极光作出预报，首先是要预判太阳的一举一动。而想要不受天气和地球自转的影响，每天24小时，全年一天不差地连续监测太阳活动，就需要借助气象卫星，到太空里去看。
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\r\n中国气象局承担着我国空间天气监测预警、预报发布和应用服务等职责，经过二十余年的建设，我国已基本建成监测、预报、服务三位一体的空间天气业务体系，形成了以定量预报为主的规范化预报预警业务。
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\r\n目前我国监测太阳活动的主力是风云系列气象卫星、羲和号以及夸父一号太阳探测卫星，这些卫星能借助多通道的望远镜和探测器，获取有关太阳黑子的数量、结构、磁场类型，以及太阳冕洞、暗条等重点区域的变化信息，并在第一时间监测到太阳耀斑爆发、日冕物质抛射等太阳活动，探测爆发活动的强度。有了这些核心一手资料的助力，数值预报系统和经验丰富的预报员就可以强强联手，对地球可能受到的影响，以及是否出现极光作出预判。
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\r\n随着国家空间天气监测预警中心（以下简称“空间天气中心”）第一代空间天气数值预报系统部署上线，现在不仅能做到准确预报，还能对事件的过程进行精细化分析，预报预警能力进一步提升。目前，空间天气中心的预报准确率与国际水平相当。
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\r\n极光的形成伴随着能量的传输和流动，这可以直观“告知”人类，太阳正在源源不断通过高能粒子影响地球，还从侧面提示我们，当前的太阳处于11年活动周期的哪个阶段。极光出现的频率，与太阳活动是上升还是下降也存在一定联系。太阳光照对地球的气候是有直接影响的，但太阳活动则不同，它对气候的影响是间接的，而且也不那么明显。不过，近些年的研究表明，在长期的气候变化中，太阳活动是一个重要的因素，极光可以从高层大气物质转化与能量传输的角度，辅助我们找到答案。
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\"\"\r\n极光可以直观“告知”人类，太阳正通过高能粒子影响地球以及当前太阳处于11年活动周期的哪个阶段。 图片来源：千库网
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\r\n要做好空间天气预报预警，监测是关键，这一环节是获取数据的源头。而对于太阳活动和空间环境监测而言，目前的技术和手段尚存在一定不足，比如由于地球公转轨道和日地距离的关系，监测太阳的视角非常受限，对日冕物质抛射的监测不够立体，对物质在星际中的传输过程也看不清楚。所以，发射更多的监测卫星，提升监测仪器载荷的能力，是未来提高空间天气预警水平的核心。（韩大洋）
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\r\n出发吧，极光“猎人”！ 这份“追光指南”请查收
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\r\n追光不“跑空”不是一件容易的事，如何把梦幻之景“收入囊中”，出发前不妨一起来看看下面的攻略。
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\r\n追光圣地——哪里偶遇“天空的裙摆”
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\r\n以南北磁极为中心的“极光卵”区域是极光常出现的地带，如以加拿大北部、西伯利亚、冰岛南端等为主的北极光区或南极洲附近的南极光区。
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\r\n与南半球相比，北半球的观测设施和旅游服务更加成熟。挪威的特罗姆瑟、芬兰的拉普兰等高纬度地区在极光带中心，极光出现次数多且形态丰富，一年内200多天都能看到。但这些地方气候寒冷，交通不便，去一趟的成本不低。
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\r\n中纬度地区，如美国的阿拉斯加等，基础交通和配套设施相对完善，但极光出现的频率没那么高，且易受天气和光污染影响。这里的极光虽稍“害羞”，但配上雪山与温泉，不失为一趟浪漫旅程。低纬度地区则只有在出现特别强烈的地磁暴时，才有机会捕捉极光的影子。
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\"\"\r\n全球极光观赏圣地推荐 图/汤珺琳
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\r\n完美时刻——读懂宇宙的“来电提醒”
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\r\n每年9月至次年3月是观赏极光的较好时段，晚上9时至凌晨2时通常是黄金观赏时间，而在11月至次年2月，极光指数（KP）常突破5级（大于5便是极光观测的好时机）。
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\r\n春分前后是极光的活跃期，这时的地球磁场和“太阳风”磁场就像两个默契的伙伴很容易对齐，地磁活动活跃，“太阳风”粒子轻轻松松就可以“溜”进来。
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\r\n此外，极夜期也是追极光的好时候,但需注意极地地区在极夜时温度就像“坐滑梯”一样往下掉，冬天甚至能到零下80摄氏度，需注意防寒保暖。
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\r\n定格瞬间——让美景在镜头里永生
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\r\n专业设备：全画幅相机、超广角镜头、三脚架等。
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\r\n参数范围：感光度（ISO） 1600-3200，平衡噪点与纹理细节；快门8至15秒，短曝光捕捉射线结构，长曝光呈现丝绸质感；光圈f/2.8为基准，较弱时可收至f/4提升锐度；手动对焦，对准亮星后微调，实时取景检查。
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\r\n拍摄极光的参数并非固定组合，要依据环境光和极光指数等随时变化，但基本可遵循高感光度、大光圈，快门速度随时调整，通常控制在10秒内。
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\r\n极光指数在KP3以下时，变化通常较为缓慢；当指数达到KP5 以上时，极光在夜幕中舞动，几秒钟会有千变万化的形态，这时需要2至5秒的快门速度才可记录形态，伴随KP增大，快门时间要进一步缩短。
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\r\n极光狩猎，是科学与运气的博弈，更是人与自然的诗意共鸣，追光本身就是一场浪漫之旅。临行前可通过Aurora Fcst等APP关注极光预报再动身，记得在零下40摄氏度时给相机贴好“暖宝宝”，为观星椅绑上防滑钉，更重要的是——在绿光倾泻的瞬间，不妨放下镜头，用瞳孔直接迎接那份宇宙浪漫！（刘丹 张嘉欣）
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\r\n极光“大事件”
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\r\n古代时期
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\r\n约公元前10世纪
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\r\n中国《竹书纪年》记载，周昭王时期“夜有五色光贯紫微”。这是已知最早有关极光的记录。
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\r\n公元前4世纪
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\r\n亚里士多德在《气象学》中描述天空“燃烧火焰”，试图用自然哲学解释极光。
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\r\n公元前90年左右
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\r\n《史记·天官书》首见将极光分类命名的记载。
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\r\n科学启蒙
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\r\n1619年
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\r\n伽利略·伽利莱首次提出“Aurora Borealis”（北极光）一词。
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\r\n1716年
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\r\n埃德蒙·哈雷提出极光可能与地球磁场有关，并在论文中分析了极光形态。
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\r\n1773年
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\r\n詹姆斯·库克船长在南半球首次记录南极光（Aurora Australis），证实极光的全球性分布。
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\r\n近代科学
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\r\n1859年
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\r\n查德·卡灵顿观测到太阳表面发生一次超级耀斑爆发，史称“卡灵顿”事件。
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\r\n1872年
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\r\n多那蒂首次提出极光是来自太阳中的电光。
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\r\n1896年
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\r\n克里斯蒂安·伯克兰通过“地球模型实验”提出极光由太阳带电粒子与地球磁场相互作用形成，奠定现代极光理论。
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\r\n（刘蕊整理）
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\r\n（责任编辑：曹锐怡）
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