極光（Aurora）的顏色

Posted on 2011/09/02 in 地球科學, 天文, 觀察和認識星空 with 有 1 則留言 9,640 views

極光（Aurora）的顏色
臺北市立南湖高中地球科學教師吳昌任/國立臺灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

對於生活在高緯度地區的人而言，極光是相當容易看到的夜間景象。但是對於住在臺灣的人來說，可就是非常陌生的名詞了。隨著交通的進步，以及國際旅遊的便利，在前往

高緯度旅遊時，順便安排幾個晚上到沒有光害的戶外碰碰運氣，試試看能不能看到這樣的景象，不僅可以提高整趟旅遊的附加價值，也有機會增加一些出國的驚喜。

雖然在網路上搜尋一下，就可以看到別人所拍攝的極光影像或影片，但是因為一般狀況下極光並不是很亮，所以拍攝時需要曝光數秒鐘甚至數分鐘的時間才能累積足夠的光線。這些極光影像雖然可以顯現出比肉眼直接看到更鮮艷的極光色彩，但過長的曝光時間也使得極光的細微構造被模糊掉了，就像是夜間拍照時沒有開啟閃光燈或高感度功能，即使是用三角架將相機固定好，快速移動的被攝物體仍然會出現模糊的狀況一樣。所以，還是親眼看到的感覺比較真實。

極光看起來到底是什麼樣子？看一下「黑洞頻率（Frequency）」這一部影片裡的模擬畫面，大概就會有個底。

除了細微結構讓人想要親眼目睹之外，極光多變的色彩也是吸引人的因素之一。要解釋極光的顏色來源，就得簡單認識極光的成因。

Anders Jonas Angstrom (1814-1874)是第一個經由觀察極光的光譜，發現極光光譜與太陽光譜有很大的不同，證明了極光並不是反射太陽光所造成的人。但是極光真的和太陽有密切的關係！

Anders Jonas Angstrom (1814-1874)

所謂的極光（Aurora），就是太陽發出的高速帶電粒子（稱為「太陽風」）沿著地球的磁力線進到較接近地面的大氣層，與空氣中的分子或原子交互作用，使得這些分子或原子的電子能量在不同能階之間變化。電子接受到剛好的能量時，會讓電子可以由較低能階移至較高能階。當這個電子又由高能階掉回低能階時，這些之前吸收的能量變成多出來的了，就會以電磁波的方式釋放出來。如果所釋放出來的電磁波在可見光的範圍，那就是極光了！

因為極光是這樣的成因，所以不同原子或分子的電子在不同能階間的躍遷，就會發出不同顏色的極光。

大氣層中最多的氧與氮在地面附近多是以分子的狀態存在，也就是所謂的氧氣與氮氣。距離地面大約100公里以內的區域，氮分子的電子較易受到太陽風粒子能量的影響，在不同能階間改變，發出桃紅色的極光。

隨著高度增加到大約200公里，氧與氮會以氧原子與氮原子的狀態存在。氮原子的電子受到太陽風粒子的影響，發出藍色極光並釋放出一個電子，這個被釋放出來的電子又可以讓氧原子電子發出綠色光。

當高度增加到200公里以上，太陽風粒子的能量可以讓此處相對較多的氧原子發出紅色極光。

因為上述原因，所以觀測到的極光大多是紅色與綠色。但是因為地面上的觀測者看到極光的強弱，不僅和空氣中的分子或原子數量有關，也和這些分子或原子與地面的距離有關，所以整個綜合的結果，綠色極光會是最常看到的，再來才是紅色的極光。也因為高空與低空的環境會出現紅色極光，所以極光的影像通常都是綠色極光在中間，上下夾著紅色極光。

當我們瞭解不同顏色的極光是不同狀態下的電子，在不同能階躍遷所發出來的單一波長的光，其彩度會特別的高，所以當你看到很亮的單一顏色極光時，其色彩應該是相當鮮艷的。

不過，極光不僅有這兩個顏色而已，根據大氣中分子與原子組成，以及太陽風粒子的能量，應該可以看到下圖所示的藍色甚至是紫色的極光。除了前面所提到與地面的距離等因素，人眼對於綠光、紅光較為敏感，也是造成我們不容易看到紫色或藍色極光的的主要因素。