极光是怎样形成的
人生总要规划一次极光旅行。订机票以前，先弄懂太阳风怎样进入地球磁场、极光带为什么移动，以及黑子很多为什么仍不保证今晚看得到。
极光旅行从太阳开始，最后却可能败给一片云
规划极光旅行不要只盯着 Kp。太阳周期、朝向地球的爆发、磁场耦合和头顶云量，是四件不同的事。
高纬度不是座位，而是磁场留下的路线
太阳风先与地球磁层互动。受到加速的电子沿磁力线进入高层大气，撞击氧和氮后才发光。发亮的不是太阳风，也不是磁场本身。
磁力线把粒子带到地磁南北极周围，形成两个极光椭圆。地磁极与地理极不重合，所以比较目的地时，地磁纬度比地图纬度更有用。
黑子多，只表示近期更值得关注太阳
太阳活动约每十一年起伏一次。太阳极大期通常有更多活动区、耀斑与日冕物质抛射，但黑子不会直接制造今晚的极光。
爆发必须朝向地球，抵达时的行星际磁场也要合适。Bz 持续偏南通常有利于耦合；即使一切配合，云仍能把整场极光挡住。
绿、红与紫色来自不同高度
常见绿光来自约 100–200 公里高空的氧原子，代表波长是 557.7 nm。更高处的氧可发红光，较低处的氮常给光幕下缘添上蓝紫或粉红。
微弱极光在肉眼里可能是灰白色，相机长曝光却能记录鲜明色彩。出发前应把照片期待和肉眼期待分开。
追光者的大景，也可能是电网值班室的警报
强烈 CME 能把极光带推向低纬度，也可能干扰卫星、导航、无线电和输电网。1859 年电报设备曾冒火，1989 年磁暴让魁北克约六百万人停电。
2012 年一场卡林顿级风暴扫过地球轨道，幸好地球当时不在那个位置。同一片漂亮天空，在太空天气中心代表的是另一种工作。
人生总要规划一次极光旅行
很多人的旅行清单里，都给极光留了一个位置：冰岛、挪威、芬兰、阿拉斯加、加拿大，或是新西兰。
真正开始规划后，问题接着出现：极光每天都有吗？Kp 越高一定越精彩吗？照片里的绿色，肉眼真的看得见吗？
极光不是为旅客排好的演出。太阳活动、地球磁场、黑夜、天气和光害，少一项配合都可能让那晚只剩一片云。
你不能要求极光准时出现，却可以先理解它，选对季节、纬度和预报。
买票以前，先从太阳出发，看看带电粒子怎样跨过一亿五千万公里，在地球两端点亮一场没有固定时刻表的演出。
把太阳活动、磁场和天气分开看
先选情境，再调整黑子活动、抵达地球的事件强度、行星际磁场 Bz、观测地磁纬度和云量。黑子只改变大爆发的机会，不会直接把今晚的 Kp 推高。
这是因果关系教具，不是实时预报。示意 Kp 和极光带边界采用取整后的教学尺度；真实极光请看 NOAA OVATION、实时太阳风和当地天气。
发光的不是太阳风本身
太阳持续向外送出带电粒子，称为太阳风。它到达地球后，先与磁层互动，并不会平均撞遍整颗地球的大气。
能量在磁层中积累并释放时，电子受到加速，沿磁力线进入南北高纬度的高层大气。
电子撞击氧原子和氮分子，使它们进入较高能量状态；回落时才放出光。大气负责发光，磁场负责引导，太阳提供能量。
极光为什么是一圈，而不是盖在地理北极上
带电粒子沿地球磁场进入大气，所以极光围绕地磁极形成极光椭圆。地磁极和地理极不重合，只看地图纬度无法精确比较两个地点。
地磁平静时，椭圆集中在高纬度；扰动增强后，它会变宽并向低纬度扩张，中纬度才有机会看到极光。
北极光与南极光来自同一套日地物理，但地球磁场并不完全对称，两边的形状和亮度不必时时相同。
绿色、红色和紫色，透露碰撞发生在哪里
极光颜色取决于气体、粒子能量和高度。最常见的绿光来自氧原子 557.7 nm 的谱线，通常位于约 100–200 公里高空。
更高处的氧可发出约 630.0 nm 的红光；较低处的氮常给光幕下缘添上蓝紫或粉红。
微弱极光在肉眼里可能只是灰白色，相机长曝光却能积累出鲜明颜色。照片和肉眼的期待应该分开。
黑子多，表示最近值得留意，不表示今晚一定有极光
太阳活动大约每十一年经历一次起伏。太阳极大期黑子和活动区较多，耀斑与日冕物质抛射也更常发生。
黑子本身不会飞到地球制造极光。必须真的发生爆发、方向朝向地球，抵达时的磁场还要能有效耦合。高纬度的安静极光也不必等太阳极大期。
太阳黑子告诉你近期是否值得关注；实时太阳风、Bz 和地磁数据，才更接近今晚的答案。
日冕物质抛射是一整团带着磁场的等离子体
太阳磁场剧烈重组时，可能把数十亿吨磁化等离子体抛向太空，形成日冕物质抛射。它不同于持续的太阳风，也不能和先送来光及 X 射线的耀斑混为一谈。
朝向地球的 CME 通常需要一至数天抵达。速度、密度和磁场方向都重要；Bz 长时间偏南时，能量往往更容易进入地球磁层。
同一场风暴既能制造壮观极光，也可能干扰卫星、GPS、无线电和长距离输电网。
有些太阳风暴，工程师比摄影师更紧张
1859 年卡林顿事件是记录中最强的地磁暴之一。极光到达罕见低纬度，电报线出现异常电流，有设备冒火花甚至起火。
同等级事件若发生在今天，卫星、导航、通信、电网以及依赖供电的城市服务都可能受影响，大型变压器也无法马上更换。
1989 年地磁暴曾让加拿大魁北克电网在九十秒内崩溃，约六百万人停电九小时。
2012 年 7 月，一次卡林顿级 CME 扫过地球轨道并击中 NASA 的 STEREO-A。地球当时不在那里；研究指出，若早约一周发生，我们可能就在路径上。
看懂极光以后，才轮到选目的地
极光椭圆下方的高纬地点在普通太阳活动下也可能有极光。对只有几晚的行程，黑夜长度和放晴概率往往比多年以前预测的太阳周期更实际。
Kp 是三小时尺度的全球地磁指标，不是头顶云况，也不是每个地点的保证。低纬度需要更强磁暴，高纬度在 Kp 不高时也可能有极光。
先选季节和交通，保留多个夜晚，寻找低光害、极地方向开阔的地点。当天再看 OVATION、云量和短时太阳风。我们不能向极光预约，只能在它出现时站在正确的位置。
今晚真的要追光，请看实时页面
教室解释极光怎样形成；预报页把 NOAA OVATION、云量、黑夜窗口、月光和南北半球观测点放在一起。
绿色、红色和紫色，透露碰撞发生在哪里
| 常见颜色 | 主要来源 | 大致高度 | 观察线索 |
|---|
| 绿色（557.7 nm） | 氧原子 | 约 100–200 km | 最常见的明亮光幕 |
| 红色（630.0 nm） | 氧原子 | 约 200 km 以上 | 常在光幕上方，低纬事件也可能只见红色 |
| 蓝紫／粉红 | 氮原子与氮分子 | 多在较低高度 | 常勾勒快速光幕的下缘 |
常见问题
极光为什么集中在南北高纬度？
带电粒子沿地球磁场进入大气，所以极光围绕地磁极形成极光椭圆。地磁极和地理极不重合，只看地图纬度无法精确比较两个地点。 地磁平静时，椭圆集中在高纬度；扰动增强后，它会变宽并向低纬度扩张，中纬度才有机会看到极光。
太阳极大期去旅行就一定看得到极光吗？
太阳活动大约每十一年经历一次起伏。太阳极大期黑子和活动区较多，耀斑与日冕物质抛射也更常发生。 太阳黑子告诉你近期是否值得关注；实时太阳风、Bz 和地磁数据，才更接近今晚的答案。
日冕物质抛射真的可能破坏地球设施吗？
太阳磁场剧烈重组时，可能把数十亿吨磁化等离子体抛向太空，形成日冕物质抛射。它不同于持续的太阳风，也不能和先送来光及 X 射线的耀斑混为一谈。 同等级事件若发生在今天，卫星、导航、通信、电网以及依赖供电的城市服务都可能受影响，大型变压器也无法马上更换。
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资料来源与模型限制
互动图只表示因果方向，不能预测某个日期或城市。示意 Kp、极光带纬度和基础设施状态均为教学分级；实时判断请使用 NOAA SWPC、OVATION 和当地天气。