第三章學生物理科學興趣培養4(3 / 3)

1982年6月18日晚10時左右,在我國黑龍江和吉林西部以及內蒙古和河北北部地區,有人看見了這樣一種極光。在北麵天空離地平線不遠處,先出現了一個月亮大小的半圓形乳白色光片,隨後,光片呈扇形向東北方向逐漸擴大。約10時15分時,形成弧形光幕,邊緣較亮,中部較暗,光幕內看不見星星。然後,弧形光幕繼續擴大,亮度變暗,10時30分時光幕最大,約占天空1/5,而光幕內星星已能看見。大約10時50分,光幕大部份消失。大約10時58分,光幕全部消失。

極光在世界其他一些地方也出現過。在北半球能看見極光機會最多的區域是美國阿拉斯加北部、加拿大北部、冰島北部、挪威北部、新西伯利亞群島南部。相比之下,我國黑龍江北部能見到極光機會比上述地區少,並且主要是在三月、九月份左右,也即在春分和秋分前後才有。

極光是地球上最壯觀的自然現象之一,但又具有強大的破壞力。極光爆發期間,嚴重騷擾電離層,從而破壞短波無線電信號的傳播,這時通訊、交通都會帶來嚴重的影響。例如在美國一個遠在阿拉斯加的出租車司機,在極光強烈活動之際,竟收到來自本土東部的新澤西州調度員的命令;同時,監視橫跨極地飛行器的預警雷達屏幕上,也可能突然出現虛假的圖像,因而報警。同時,極光不斷變化可能會在輸電線、電話線和輸油管道等細長的導體中感生出強大的電流。受感生電流衝擊,輸油管道可能會發生嚴重的腐蝕。1972年,一次極光使哥倫比亞的一台23萬伏變壓器炸毀,還造成美國緬因州至德克薩斯州的一條高壓輸電線跳閘。

那絢麗多彩、威力無比的極光是怎樣形成的呢?以往,科學家們一般認為:來自太陽的高能帶電粒子,到達地球附近空間,一旦被地球捕捉,則受到地球磁場的控製,沿磁力線朝地磁極作螺旋下降,再與那裏低密度的高層大氣碰撞而放電發光。或者太陽出現黑子、耀斑、日珥等,組成太陽的物質還不斷發生強烈的核反應,釋放出大量的能量。太陽就向宇宙空間噴射出大量帶電粒子,如質子、電子等,這些帶電粒子像來自太陽的一股巨風(俗稱“太陽風”),衝入地球範圍後,由於地磁場的作用,它們便集中降落到南北地磁極附近的高空,高空大氣中的各種氣體原子、分子受到這些帶電粒子的激發,便造成發光現象。那麼,根據這種解釋,極光就應該在磁極上空以某種“輝點”那樣的形式出現。但是,情況卻不是這樣,極光並沒有呈“輝點”的表現形式,而是在極區上空呈不規則的橢圓帶幻像。這種情況不禁使人們對以往的一般解釋產生了懷疑。究竟是怎麼回事,還有待人們繼續研究。

奇妙的假太陽

1985年1月3日11時左右,在黑龍江省綏化市的上空,出現了一個大氣光象中的奇景——“五個太陽”。這一天,綏化市被一層絹紗似的薄雲籠罩著,將近11時許,天空中出現了奇景:太陽光盤呈火紅色。邊緣為金黃色,光輝燦爛,奪目耀眼;太陽周圍有一個46°暈和一個時隱時現的22°暈;太陽兩側各有兩“小太陽”,一個白色大半圓光環把四個“小太陽”和太陽貫穿起來,四個“小太陽”非常明亮,閃爍著彩色的光輝,就像一條項鏈上的幾顆寶珠。在22°和46°暈的北部,還各有一個與它相切的、凸向太陽的色彩繽紛的彩弧,兩弧都為內藍外紅,光輝耀眼。

為何天空會出現“五個太陽”呢?原來,一個是真太陽,其餘四個是假太陽,氣象上稱為“假日”。假日是太陽光通過不同形態的冰晶所形成的光亮點。這種光亮點往往對稱地出現,有時可多達七八個。由於形成幾個假日時對光線進出冰晶的位置和冰晶的形態要求比較嚴格,所以假日現象比較罕見,多假日的情況就更為罕見了。各種假日形成的光路和冰晶形狀的關係也十分複雜。

1933年9月13日,美國學者查貝爾在美國西海岸較高緯度的地方觀看日落時,拍攝到一組珍奇的照片:一輪又紅又大的太陽慢慢西沉,開始由圓形變成橢圓形,接著又由橢圓形變成了饅頭形,上圓下平。漸漸,太陽的上半部分也被削平了,最後出現了有棱的四個角,變成了一個罕見的方形太陽。這組照片,引起了人們極大興趣。半個世紀以來,一直被作為珍貴資料引用。

這種“方形太陽”是由於太陽光通過上下密度不同的大氣層時,光線發生折射、反射等原因造成的。在極地和高緯度地區。陸地和海麵溫度常常很低,近地層的空氣溫度低於高層的空氣溫度,這樣就出現了“大氣逆溫”現象。靠近地麵或海麵的空氣密度大,而愈向上密度愈小,當靠近地麵或海麵的太陽光,從這種低空大氣中通過時,就發生折射。這種折射隨著太陽的下沉明顯地發生光線向地球一側彎曲,所以太陽下部分光線就偏折得特別厲害,使它下邊就像刀子削過那樣平直,成為一條平行於地平線的直線。隨著太陽逐漸下沉,它的上半部分也逐漸發生光的偏折,到達一定高度時,太陽的上下邊緣都被折射成為直線形,形成了奇妙的“方形太陽”。“方形太陽”必須在極地和高緯度地區的無風、無雲空氣中,沒有冰晶霧等嚴格的天氣條件下才能產生,因此比較罕見。

1979年7月20日的黃昏,一艘波蘭帆船“晨星號”,從舊金山經赤道駛過波利尼西亞,進入薩摩亞以西的海域時,突然一道耀眼的像綠寶石發出的鮮豔奪目的綠色光芒,在一名舵手眼前閃過,他激動地呼喊起來:“快來看哪!在那邊,太陽發出綠光!”可是,當人們順著他所指的方向望去時,隻見落日的餘輝和往常一樣,哪有什麼綠光?

然而,太陽綠光的出現確實是可能的,隻不過時間短暫而已。在埃及和亞得裏亞海沿岸,幾乎每天日出和日落時都可以看到綠光。一般在黃昏時,隻要地平線明晰而清澈,海麵上又沒有雲彩,就一定會出現綠光。據說,在埃及金字塔裏發現的6000年前的圖畫,畫的就是光芒四射噴著綠光的太陽。

綠色陽光也是太陽和大氣層為我們玩的“魔術”。我們通常看到的太陽光,是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種單色光組成的。而大氣中由於上、下層的密度分布不均,空氣越往高空越稀薄,所以就像一個棱角朝上的“氣體三棱鏡”。當太陽光線穿過時,光線就折射而發生色散,分解成七種單色光。不過這種折射引起的色散,隻有當太陽高度角很低,即太陽靠近地平線,太陽光幾乎呈水平方向穿過非常厚的大氣層時,才最明顯。這時,太陽光被分解成七種顏色的單色光。因紅光波長最長,折射角最小,所以隨著落日,紅光最先沒入地平線以下;隨後橙光、黃光也消失在地平線下,而此時地平線上還留下綠光、青光、藍光和紫光。由於青光、藍光和紫光的波長比較短,在穿過厚厚的大氣層時,受到大氣中塵埃的強烈散射作用,已經變得非常微弱,我們人眼幾乎感覺不到,隻有綠光比較強,能夠到達人眼,並且顯得格外耀眼奪目,這就形成了“綠色陽光”的奇觀。因為綠色陽光都出現在日沒和日出的一小段時間裏,所以它存在的時間非常短暫,一般隻有3秒鍾,最短的不到1秒鍾。