极光的颜色：是什么导致了它们，为什么它们会变化？
极光的颜色取决于大气成分和高度。(图片鸣谢:RANA UMAIR / 500px via Getty Images)
（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（黛西·多布里耶维奇）：极光，也被称为北极光或南极光，是一种令人惊叹的自然现象，几千年来一直吸引着人类。
这一引人注目的奇观发生在地球的两极附近，表现为炫目的舞蹈光，是由太阳粒子和我们地球的大气层之间的相互作用造成的。极光有各种各样的颜色——从绿色到粉色到蓝色和紫色——让天空观察者既着迷又迷惑。
但是这种极光疯狂是有方法的。在这本综合指南中，我们深入探究极光颜色背后的科学，并探索是什么产生了这些著名的天空秀。
在我们讨论极光的不同颜色之前，让我们先快速提醒自己极光是如何形成的。
极光是由来自太阳的高能粒子以高达4500万英里/小时(7200万公里/小时)的速度撞击地球高层大气造成的。然后地球磁场将粒子重新导向北极和南极。
带电粒子随后进入地球大气层，激发气体原子和分子，产生极光。这个过程类似于霓虹灯的工作原理:当分子和原子被电子“激发”时，它们必须返回到原始能量(基态)，并通过释放光子(光)来实现这一点。霓虹灯的颜色取决于灯管内的气体混合物，就像极光的颜色取决于大气中的气体混合物一样。
地球的大气层大约由78%的氮气、21%的氧气、0.93%的氩气和0.04%的二氧化碳组成。我们的空气中还含有微量的氖、氦、甲烷、氪、臭氧和氢，以及水蒸气。
下面几节将探讨大气成分和太阳粒子与这些气体碰撞的高度如何在决定极光的颜色中起着至关重要的作用。
绿色极光
冰岛瓦特纳朱古勒冰帽，布雷达梅尔朱古勒冰川，朱古勒冰川泻湖上方的绿色极光。(图片来源:北极图片来源:盖蒂图片社)
最常见的极光颜色是绿色。
根据加拿大航天局(CSA)的说法，绿色极光通常是在带电粒子与地球大气中高浓度的氧分子在大约60至190英里(100至300公里)的高度碰撞时产生的。
我们也比其他颜色更容易看到绿色极光，因为人眼对绿色光谱最敏感。
红色极光
绿色极光带主要由上面的明亮的猩红色极光带构成，背景是星星。2023年2月16日，加拿大摄影师迈克·麦克尔兰在魁北克拍摄到罕见的红色极光。(图片鸣谢:迈克·麦克尔兰)
红色极光出现的频率相对较低，通常与强烈的太阳活动有关。
根据CSA的说法，它们发生在太阳粒子与氧气在较高海拔发生反应时，通常在180至250英里(300至400公里)左右。
在这个高度，氧气浓度较低，并以更高的频率或波长被激发，使红色可见。红色极光经常出现在画面的较高边缘。
蓝色和紫色极光
绿色、蓝色和紫色的丝带穿过天空，像五彩缤纷的光幕一样指向星空。在挪威拍摄的蓝紫色极光。(图片来源:marouan touil via Getty Images)
蓝色和紫色极光更不常见，也往往出现在太阳活动频繁的时期。
据极光旅游公司“极光地带”称，这些颜色是当太阳粒子在60英里或更低的高度与地球大气层中的氮气碰撞时产生的。
蓝色和紫色的极光倾向于在影像的下部可见。
黄色和粉色极光
远处的一个岛屿映衬着布满极光的星空，一条黄色的光带靠近地平线，上面出现了明亮的粉红色极光。塔斯马尼亚岛贝齐岛上空的南极光。(图片来源:追光摄影，由詹姆斯·斯通·james-stone.com通过盖蒂图片社提供)
黄色和粉红色的极光很罕见，通常与太阳活动频繁有关。这些颜色是由红色极光和绿色或蓝色极光混合而成的。
太阳活动的作用
太阳活动，包括太阳耀斑和日冕物质抛射，在决定极光显示的强度、颜色和频率方面起着重要作用。在太阳活动频繁的时期，地球大气层受到大量太阳粒子的轰击，增加了更多充满活力和各种极光颜色的可能性。
太阳的活动以11年为一个太阳周期波动，活动高峰期被称为太阳活动高峰期。在当前的第25个太阳周期中，太阳活动正在增加，科学家预测这将在2025年达到峰值。
极光颜色常见问题专家解答
我们问了伊丽莎白·麦克唐纳博士一些关于极光颜色的常见问题。
伊丽莎白·麦克唐纳博士
空间物理学家
伊丽莎白·麦克唐纳博士是美国宇航局戈达德太空飞行中心的空间物理学家，也是公民科学网站极光龙的创始人之一。
为什么出现在低纬度的北极光是红色的？
两个原因:第一，红色出现在海拔较高的地方，因此可以在离两极较远的地方看到:有时你所看到的只是地平线上红色的上边缘。其次，在非常大的风暴期间，还有另一种极光，主要是红色的，发生在低纬度地区。
由于地球大气中的氮比氧多，为什么氮引起的蓝色/紫色极光不是最常见的？
极光出现的高度如此之高，以至于我们所熟悉的空气混合物与100公里处的不一样。那里的大气密度要小得多，并因重力而分层。氮层位于氧层之上。
最稀有的极光颜色是什么？
这很难说，因为极光颜色混合在不断变化的化学混合物中，这就是为什么你可以看到一些罕见的颜色。
