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2018-09-01極境之光－ 追尋歐若拉的形色迷蹤
585 期
Author 作者
呂凌霄／中央大學地球科學院太空科學研究所教授， 研究領域包含太空電漿物理、電腦數值模擬、太陽物 理、磁層物理、行星際空間物理和激震波等。
西元1619年，科學家伽利略（Galileo Galilei）誤將這充滿希望的美麗光芒理解為由大氣層反 射的太陽光，意外賦予極光（aurora）這饒富傳奇的名字。極光因觀察者及高能電子所在的位 置不同，會產生不同的反應與視覺成像，使得極光的魅影一直以來都帶著相當神秘的色彩……
歐若拉是否真為天邊的浮雲？
從亞熱帶的臺灣到寒帶的阿拉斯加，除了期望看到滿滿的白雪，還希望能見到極光的廬山真面目。我的研究領域是激震波（shock wave），過去對於極光的認識也僅限於課 堂上的簡單描述，即使在網路才開始起步的80年代，我這個來自臺灣的研究生，可是連一張極光的照片也沒見過，更不用說是極光的影片。初到阿拉斯加正逢當地夏天，就讀的學校雖位在北極圈外，但是這裡的晚上從未完全天黑，有的只是2~3小時 的晚霞接朝霞。學校開學後，正式步入金黃色的秋天，到了午夜走回宿舍時，常常看到一條形寬、呈白綠色、像雲一般的極光掛在天上飄啊飄。
同期的研究生，差不多都跟我一樣，對極光不過一知半解，只有一位日本同學在日本時就學過極光，此程來阿拉斯加就是要研究極光，故他每天都在預報極光，還把他的預報單貼在研究室門上。另一位美國同學瑪莎也準備研究極光，但是她跟我一樣對極光完全沒概念，某天她跟我分享她的心得：「我覺得極光可能就是一種雲。」聽了之後覺得跟我的觀察很像，於是找機會請教指導教授。我告訴指導教授說，瑪莎認為極光可能只是一種雲。然而他頭也不抬的只回我一句：「她亂講。」我不敢多問，只好去圖書館查一查，為什麼科學家會認為極光不是雲。
原來，古時候的科學家也曾懷疑極光只是一種雲，直到近代原子科學的發展，科學家透過光譜分析，才確認極光不是反射太陽光的雲，因為太陽光的光譜是「連續光譜 （continuous spectrum）」，但是極光的光譜卻是因電 子躍遷所造成的明線光譜（bright line spectrum）， 所以無論如何它都不會是一朵雲。光譜分析實在很厲害，它不只能判斷食品中是否有違規的添加物，還可以為「極光不是雲」提供強而有力的證據。
另外還有一些理由，也能為極光不是雲的事實進行佐證。根據三角測量法（triangulation）的測量結果，極光底部高度約100 公里，遠比一般雲層的雲頂（10~15 公里）高許多，也比極區夏天偶爾出現的夜光雲（noctilucent cloud, 70~90公里）高一點；再者，極光活動是由電磁力（electromagnetic force）操控，而雲的活動則是靠著壓力梯度力來推動，因此極光的變化遠快於雲，只是當時我還沒有機會目睹快速運動的極光，所以無法有所體會。
春秋之際，與龍共舞
開學後1個月，很幸運地看到難得一見的極光，我還記得 那是在9月底的一個夜晚，萬里無雲的南邊天空在大約9 點多的時候，開始出現一道道橫跨東西天際的極光。這些極光的顏色不是平常看到的白綠色，而是非常明亮、略帶粉紅的藍白色，其寬度也比平常看到的白綠色極光窄上許多。而其中最亮的區域，不時盤旋飛舞又舒展開來，並分別向東西天際飛竄，這些極光弧由南方天際緩慢地北移，最後消失在北方天際。……【更多內容請閱讀科學月刊第585期】