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第20章 大气中的光学奇观(2)

7.4划破极地夜空的极光

极光是太阳带电粒子(太阳风)进入地球磁场,在地球南北两极附近与高层稀薄气体分子撞击后产生的发光现象,是人们肉眼能看到的唯一高空大气现象。发生在北极的称北极光,在南极的称南极光。

7.4.1极光的传说

人们发现极光至少已有2000年。2000年来,极光留下了一串串美丽而神秘的传说。

极光这一术语来源于拉丁文伊欧斯一词。传说伊欧斯是希腊神话中黎明的化身,是希腊神泰坦的女儿,是太阳神和月亮女神的妹妹,又是北风等多种风和黄昏星等多颗星的母亲,还曾被说成是猎户星座的妻子。出现在艺术作品中的伊欧斯,是一个年轻的女子,她不是手挽年轻小伙子快步如飞地赶路,便是乘着飞马驾辕的四轮车,从海中腾空而起;有时她宛若一个女神,手持大水罐,伸展双翅,向世上施舍朝露,如同中国佛教故事中的观音菩萨,普洒甘露到人间。

古时的芬兰人相信,北极光是一只狐狸在白雪覆盖的山坡奔跑时,由尾巴扫起的晶莹闪烁的雪花一路伸展到空中形成的。部分萨米人和西伯利亚人相信,北极光来自于逝者的创伤,是幽灵们在后世玩耍球类或骑马奔跑时受伤所留下的血迹。爱斯基摩人认为,极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。原住民则视极光为神灵现身,深信快速移动的极光会发出神灵在空中踏步的声音,将取走人的灵魂,留下厄运。

在中国,极光的传说更离奇。相传公元前2000多年的一天,夜幕降临,群星闪烁。一个独自坐在旷野中名叫附宝的少女,沉醉在恬静优美的夜色之中。突然,在北斗七星中飘过一缕彩虹般的神奇光带,如烟似雾,摇曳不定,时动时静,若行云,似流水,最后化成一个硕大无比的光环,萦绕在北斗星的周围。霎时,光环又奇亮无比,宛如皓月当空,向大地泻下一片淡银色的光华,映亮了整个原野。附宝见状,心中不禁为之一动。由此便身怀六甲,生下一子,这男孩就是黄帝轩辕氏。

7.4.2极光的形成

长期以来,极光的成因一直众说纷纭。有人认为,它是地球外缘燃烧的大火;也有人认为,它是夕阳西沉后,天际映射出来的太阳光芒;还有人认为,它是极圈的冰雪在白天吸收储存阳光之后,夜晚释放出来的一种能量。直到人类将卫星火箭送上太空之后,人类才逐渐认识了极光的庐山真面目。

18世纪中叶,瑞典一家地球物理观象台的科学家发现,当该台观测到极光时,地面上的罗盘指针会出现不规则的方向变化,变化范围有1°之多;伦敦地磁台也记录到类似的现象。由此他们认为,极光的出现与地磁场有关。

20世纪,人们利用照相机、摄影机及卫星、火箭,发现了太阳能流与地球磁场碰撞产生的放电现象。太阳能流亦称太阳风,这些高能粒子流以300~400千米/秒的速度冲向地球,幸而地球磁场改变了太阳风的方向,使我们免受太阳风的袭击。太阳风与地磁场碰撞后,带电粒子的能量瞬间释放。地球大气中因被撞击而受热的气体分子和原子,又以不同波长对外辐射(释放)能量,产生不同颜色的光,其中氧原子放出绿光或红光,氧分子放出红光或黄光,氮分子放出紫光或粉红光。这些被撞击原子和分子发出的光,就是极光。

概括起来说,太阳风、地球磁场和大气是形成极光的三要素,缺一不可。所谓太阳风,是太阳对宇宙不断放射的一种能量,它是由电子与质子组成的。由太阳的激烈活动产生的高能粒子流太阳风,是产生极光的能源,是气体光芒的“点燃者”,是地球南北磁极附近高层大气的“光明使者”。当带电微粒流射向地球并进入地球磁场作用范围后,受地球磁场的影响,便沿地球磁力线高速进入南北磁极附近。因此地球磁场是太阳风去向的“引导者”和极光源地的“决策者”。被地磁场引向地球南北磁极附近的太阳风,与高层大气撞击,被撞击的气体分子和原子以及被电离的气体分子,因得到太阳风传递的巨大能量而迅速升温。物体温度越高,向外辐射的电磁波波长越短。原来不发光的气体,由于温度急剧升高,辐射的电磁波波长缩短至可见光波长范围后,就发出了可见光。因此,大气是产生极光的载体。

虽然目前科学家已大致了解极光的成因,但极光仍留下许多难解的谜让人类继续探索。如极光出现是否有声音。加拿大国内北极圈内的土著人说,北极光会发出口哨声和脚步声,那是灵魂在天堂踏雪散步的声音。此外,还有太阳风撞击地球磁场释放出的能量究竟有多大等,这都是科学家急于想解开之谜。

7.4.3形态、颜色和高度

极光是一种大自然天文奇观,它没有固定的形态,颜色也不尽相同。

一般来说,极光的形态可分为弧状极光、带状极光、幕状极光、放射状极光等4种。

极光的颜色以绿、白、黄、蓝居多,偶尔也会呈现艳丽的红紫色。

大多数极光出现在地球上空90~130千米处。极光下边界的高度,离地面不到100千米,极大发光处的高度离地面约110千米,正常的最高边界为离地面300千米左右,在极端情况下可达1000千米以上。1959年,人们曾观测到一次高度160千米、宽度超过4800千米的极光。

7.4.4出没地域

极光最常出没在南北纬度67°附近的两个环状带区域内,分别称作南极光区和北极光区。北半球以阿拉斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰冰岛南端与挪威北海岸为主,南半球则集中在南极洲附近。其中,北极附近的阿拉斯加、北加拿大是观赏极光的最佳地点,阿拉斯加的费尔班素有“北极光首都”的美称,以其寒冷的冬季与夏季的长时间光照而闻名,一年之中有超过200天可看到极光。中国最北的漠河,是国内观测北极光的最佳去处。

极光多发生在高纬度地区严寒的秋冬夜晚,所以北极光最佳观测时刻为11月至次年2月晚上10时到凌晨2时,有些极光可持续1小时左右。

由于极光形成与太阳活动息息相关,因此逢到太阳活动极大年,可以看到比平常年更为壮观的极光景象。在许多以往看不到极光的纬度较低的地区,也能有幸看到极光。2000年4月6日晚,在欧洲和美洲大陆的北部,出现了极光景象。在北半球一般看不到极光的地区,甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中部及南部广大地区也出现了极光。当夜,红、蓝、绿相间的光线布满夜空,场面极为壮观。虽然这是一种多年不遇的奇观,但在往日平静的天空突然出现绚丽的色彩,也着实为许多地区制造了恐慌。据德国波鸿天文观象台台长卡明斯基说,当夜德国莱茵地区以北的警察局和天文观象台的电话不断,有的人甚至怀疑又发生毒气泄漏事件。这次极光现象被远在160千米高空观测太阳的宇宙飞行器ACE发现,并发出了预告。北京时间4月7日凌晨零时30分,宇宙飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风从它旁边掠过,而且该太阳风突然加速,速度从375千米/秒提高到600千米/秒,1小时后,这股太阳风到达地球大气层外缘。

7.5非云非雾非丹青的佛光

当观测者面对云或雾,阳光从背后射来时,云雾幕上会出现外红内紫的彩环,若人影头部现于环中,恰似佛象头上出现五彩斑斓的光环,因此得名“佛光”或宝光,因在峨眉山最常见,故称峨眉宝光或峨眉佛光。其实,峨眉山并非佛光的唯一产地,中国的黄山、泰山、庐山以及德国的布罗肯山、英国的维尼斯山等地,皆可目睹佛光的风采。

7.5.1美丽的传说

传说东汉永平年间,峨眉山华严顶下住着一位老人,人们称他为蒲公。蒲公常年在峨眉山上采药,结识了宝掌峰下宝掌寺里的宝掌和尚,蒲公采药时常去宝掌和尚那里歇脚,宝掌和尚也常到蒲公家里谈古论今。

有一天,蒲公在山中叫作云窝的地方采药,隐约听远处有音乐之声,音乐声越来越近,像是来自空中。蒲公忙抬头看,只见空中一群人马驾着五彩祥云,直往金顶飘去。蒲公好奇,便紧随那片五彩祥云追向金顶。

蒲公来到金顶,看到舍身岩下翻滚的云海之中有一个五彩光环,五彩光环中有一人头戴束发紫金冠,身披黄锦袈裟,骑着一头白象,人头上有五彩祥光,脚下是白玉莲台。蒲公感到跷蹊,准备回家后找宝掌和尚问个究竟,他赶到家时,宝掌和尚正在家中等他,蒲公就把亲眼所见对宝掌和尚进行了描述。宝掌和尚不听则已,一听大喜,忙说:“哎呀!那该是普贤菩萨嘛!我早就想见普贤菩萨,求他指引佛法。快,带我去一趟!”说罢,拉着蒲公就向金顶跑去。

他们二人路过一个水池边,一片尚湿的蹄印清晰可见,宝掌和尚指着说:“你看,这是象蹄印。普贤菩萨骑的白象刚刚在这里洗过澡。”到了金顶,宝掌和尚跑到舍身岩往下一看,只见有一团七色宝光在白茫茫的云海中闪耀,但却不见普贤菩萨的金身。蒲公问宝掌和尚何故,宝掌和尚说:“那七色宝光就是普贤菩萨的化身,叫佛光。”蒲公忽然看见光环中又现出了普贤菩萨的金身,就忙叫宝掌和尚看。可是等宝掌和尚看时,光环中却只现出了他自己的身影。蒲公感到奇怪,就问宝掌和尚:“怎么光环中现出了你的影子,而不是普贤菩萨的金身呢?”宝掌和尚对他说:“你天天采药,救人苦难,为人做了许多好事,菩萨被感动,才向你现了金身。看来,我做的好事还远不够多,所以还不能看见菩萨的金身,只能看见菩萨头上的宝光。”

从此,峨眉山舍身岩下成了佛光的再现之地,普贤菩萨的白象洗澡的水池也因此得名“洗象池”。人们为了能够看到佛光,就会去多做善事,并把能看见佛光当作一种吉祥的象征,并且还为它取个美好的名字——“金顶祥光”。登金顶,看佛光,也就成了峨眉山一大奇观。

7.5.2迷人的风采

佛光发生在白天,产生的条件是太阳光、云雾和特殊的地形。早晨太阳从东方升起,佛光在西边出现,上午佛光均在西方;下午,太阳移到西边,佛光则出现在东边;中午,太阳垂直照射,则没有佛光。只有当太阳、人体与云雾处在一条倾斜的直线上时,才能观测到佛光。

佛光由外到里,按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的次序排列,直径约2米。

佛光的诱人之处,不仅在于它呈现出的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色光环,还在于光环中若隐若现的身影。光环中仿佛有一面镜子,观测者举手投足,“镜”中皆有影随行。

难怪丁文灿发出“更有一桩奇事,人人影在中藏”的感慨,谭钟岳也留下“试向石台高处望,人人都在佛光中”的诗句。

佛光出现后逗留的时间长短,取决于阳光是否被云雾遮盖和云雾是否稳定。如果出现浮云蔽日或云消雾散,佛光转瞬即逝。一般佛光现身的时间为0.5~1小时。云雾的流动,可使佛光改变位置;阳光的强弱,可使佛光时有时无。佛光彩环的大小,同云滴雾珠的大小有关:水滴越小,环越大;反之,环越小。

据载,峨眉山佛光每月均可出现,夏天和初冬出现的次数最多,最多时全年可见100次左右。

7.5.3佛光的形成

佛光光环的色序排列,与虹和华一样,都是外红内紫。

是虹吗?否。因为虹的半径视张角为42°左右,佛光的半径视张角比虹的小得多,且不固定,时大时小。

是日华吗?像,又不像。像,是因为不仅二者光环色序排列一致,而且半径视张角类似,可大可小,没有固定值。不像,是因为二者出现的位置不同:见日华时,需面对太阳;见佛光时,需背对太阳。