【科技前沿】绚丽多彩的极光也能被人为制造！带你了解极光背后的原理→

极光（Aurora）是一种绚丽多彩的等离子体现象，其发生是由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，与大气中的原子和分子发生碰撞，从而发出美丽的光辉。在南极称为南极光，在北极称为北极光。

近日，中国科学技术大学团队成功设计研制出，国内首个地面模拟极光的实验室装置“USTC极光一号”，并成功放电。那么，你知道极光是怎么产生的吗？有什么形态和颜色？设计模拟装置有什么作用吗？

极光的产生机制

据了解，“USTC极光一号”是国内首个地面模拟极光的实验室装置。

极光的产生有三个必要条件：大气、磁场和高能带电粒子。这三者缺一不可。大气提供了发光的物质，磁场提供了导引带电粒子的通道，高能带电粒子提供了激发大气发光的能量。

简单来说，就是当高能带电粒子进入大气层后，它们会与大气中的原子和分子发生碰撞，从而发光。

极光的形态和颜色

极光有多种多样的形态和颜色，它们取决于带电粒子的能量、密度、分布、方向；磁场的强度、方向、变化；大气层的成分、密度、温度、压强等因素。极光的形态和颜色也随着时间和空间而变化，呈现出千姿百态，绚丽无比。

极光按照形态可以分为以下几种类型：

匀光弧极光：是一种最常见也最简单的极光形态，呈现为一条或多条平行于地平线的弧形亮带，通常是静止或缓慢移动的，颜色为淡绿或淡红。

射线式光柱极光：是一种较为复杂也较为壮观的极光形态，呈现为一束或多束从地平线向上伸展的细长亮柱，通常是快速移动或闪烁的，颜色为绿、红、紫等。

射线式光弧光带极光：是一种介于前两种之间的极光形态，呈现为一条或多条带有射线状结构的弧形亮带，通常是缓慢移动或变化的，颜色为绿、红、紫等。

帘幕状极光：是一种最为精彩也最为复杂的极光形态，呈现为一幅或多幅像帘幕一样垂直于地平线挂在空中的亮带，通常是快速变化或闪烁的，颜色为绿、红、紫等。帘幕状极光的亮带上有许多细小的射线或条纹，呈现出丰富的细节和层次。帘幕状极光是极光活动最强烈的时候出现的，也是最能吸引人们目光的极光形态。

据专家介绍，“USTC极光一号”还原了极光产生的整个过程，包括利用高压等离子体放电形成高能粒子，再模拟出地磁场俘获高能粒子等等，这相当于把大自然空间中产生的现象“搬进了”装置中。在此基础上，装置还使用透明石英玻璃做真空室，让放电产生的绚丽极光呈现效果更佳。

极光模拟装置有什么用？

在应用上，极光模拟装置则可以通过模拟其他星球的磁场、大气等环境，来演示重现太阳系内其他行星上的极光现象，比如火星上的蓝色极光等。此外，对当下自然环境还未发生的现象还可进行预测性实验。比如模拟行星磁场发生偏转，观测可能会产生的相关现象、影响等。

此外，极光的发生还涉及到太阳物理学、空间物理学、大气物理学、等离子体物理学等多个领域。通过对极光进行观测和研究，人们可以了解太阳活动和地球环境之间的相互作用和变化，从而提高对太阳风暴、地磁风暴、电离层扰动等现象的预报和防护能力。同时，通过对极光进行模拟和实验，人们可以探索等离子体发光和加速的机制和方法，从而为人类利用等离子体进行能源开发和材料加工等提供了新的思路和技术。

极光对人类的影响

极光对人类通信和导航有着消极的影响。极光是一种强烈的电磁干扰源，其发生会对地球上的无线电波、卫星信号、电力线路等产生不利的影响。极光会使无线电波发生反射、折射、吸收、散射等现象，从而导致无线电通信的中断、失真、噪声等问题。极光会使卫星信号发生延迟、偏移、衰减、失锁等现象，从而导致卫星导航的误差、失效、中断等问题。极光会使电力线路发生感应、过载、短路等现象，从而导致电力系统的故障、损坏、停电等问题。

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