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Jul. 11 2016

為什麼極光會發出怪聲?

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  • 為什麼極光會發出怪聲?

為什麼極光出現時會傳來雜音?有新的理論提供了最佳解釋。

北極光照亮挪威房舍上的天空。PHOTOGRAPH BY SERGIO PITAMITZ, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

夜空中炫目的北極光,一直以來賦予極地荒野傳說詩意的色彩,不過近幾世紀以來,有些傳說提到:強烈極光會發出奇怪的聲音。

目擊者表示,逢強大極光出現時,會聽見長達數分鐘的聲音,聽起來像無線電的雜訊、微弱的爆裂聲、輕微的沙沙聲或嘶嘶聲。雖然這些奇怪的聲音,長期以來都被視為傳言,不過芬蘭科學家表示那些聲音確實會發生,研究團隊更認為他們已經找出原因了。

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從圓頂冰屋內透出來的光,就像是阿拉斯加凍原上的明燈,極光從遠方的地平線升起。PHOTOGRAPH BY DARYL PEDERSON, ALASKA STOCK, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

答案來自於寒冷夜晚大氣層裡的帶電粒子。研究團隊6月22日在瑞典斯德哥爾摩舉辦的波羅的海-北歐聲學會議(Baltic-Nordic Acoustic Meeting)中發表結果,指出當太陽噴發的物質進入地球範圍時,這些帶電粒子會迅速放電,而形成啪啪聲或其他噪音。

極光秀登場

從太陽吹出的太陽風夾帶著大量的帶電粒子,而極光就發生在這些帶電粒子與地球的磁場相互作用之處。這些帶電粒子像漏斗般匯集到地球的南北兩極,然後進入大氣層裡,上演一場多采多姿的光影秀。

有時候,太陽會噴發出大量的帶電粒子,當這些粒子朝地球而來時,會對地球磁場造成擾動,稱之為「磁暴」(geomagnetic storms)。這些磁暴會對軌道上的衛星、甚至輸電網路造成影響,不過它們同時也形成了最絢爛美麗的極光。

加拿大育空地區的白馬市,電線桿為強烈極光所籠罩。PHOTOGRAPH BY PAUL NICKLEN, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

在此之前,關於極光聲音的一個主要理論認為,這與針葉或松果有關。在磁暴發生的期間,大氣層裡會有出現相當高的電場,造成大氣中和地面上物體的電荷差異很大。

像樹葉或松果等尖銳的物體,它們極小的表面積會讓電流放電,就像靜電從門把上跳到手指頭上,如此一來,就可能產生碎裂聲。

2012年時,阿爾托大學(Aalto University)的研究學者列納(Unto K. Laine)已證實,在極光最強烈的期間,聲音是從樹冠、大約地表上方70公尺的地方傳出來的。

極光在阿拉斯加的山上飛舞,顏色就像五彩繽紛的糖果。PHOTOGRAPH BY MICHIO HOSHINO, MINDEN PICTURES, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

該團隊持續研究後,提出一個關於極光的啪啪、砰砰及碎裂聲更明確的解釋。關鍵就在於「逆溫層(inversion layer)」,在這個區域裡空氣溫度隨著隨著高度而增加,這與高度越高、溫度下降的正常現象相反。列納表示這個現象在晴朗穩定的白天之後最常發生。太陽西下之後,暖空氣上升,地表冷卻下來,然而持續的穩定狀態,讓這兩個區域的溫度不會對流。

根據列納及其團隊的研究,這個逆溫層就像瓶蓋一樣,把負電鎖在它的下方,而正電在上方的空氣中。當磁暴衝擊地球時,瓶蓋破裂而電力釋放,就產生了這些奇異的聲響。

阿拉斯加極光縮時影像。多姿多彩的阿拉斯加北極光秀由filmmaker Alexis Coram拍攝。

這個理論與他們的觀察結果相當吻合。他們發現60支最大聲音的紀錄,都是從地表上方約75公尺處錄到的;這跟芬蘭氣象研究所測到的一般逆溫層高度相同。

阿拉斯加大學的極光研究者拉曼賽(Dirk Lummerzheim)說:「極光的聲音是個被許多科學家和其他人忽略的現象,認為這只是觀察者的想像。」

「極光聲音不只是一種由人類大腦建構出來的共同感覺(synesthesia),而是透過觀測、紀錄證明,列納更提出物理過程來解釋這個現象。」

在加拿大,高聳的樹木就像要碰觸到明亮的極光。PHOTOGRAPH BY NORBERT ROSING, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

極光直擊

雖然強烈的太陽風暴可以在中緯度的地方引發極光,但是要觀賞難以捉摸的極光秀,甚至聽到它們的奇特聲音,最好還是在接近極圈的地方。

大約在當地午夜的時間,盡可能找到戶外最暗的地方,面向北方地平線觀看。光害會使較弱的北極光黯然失色,因此在都市近郊處,往往只能看到較明顯的極光。

通常一開始北方地平線會出現黯淡的綠色光帶。如果有磁暴發生,你會看到多彩多姿的帶狀或簾狀的極光,在夜空中搖曳生姿。

雖然無法保證在萬里無雲的夜晚必定能夠看到極光,但還是有方法可以提高目睹的機會,例如到Spaceweather.com的網站上註冊,它會發出電子郵件提醒用戶極光的發生,該網站可以追蹤太陽活動及噴發的狀況,這些都和極光的形成有關。

 

撰文:Andrew Fazekas

編譯:李昫岱

 

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