2024年10月11日和12日夜间，受地磁暴影响，北京地区多处再次见到极光，成为媒体关注的焦点，不少天文爱好者都拍到了红色的极光。其实早在今年5月，北京等多地看到极光的新闻也曾冲上热搜。而在2023年12月，北京的怀柔、门头沟等地也曾罕见地记录到了极光现象。
一时间，似乎原本在高纬度地区才能看到的极光，居然在北京这样的中纬度地区也能看到了。有人问了，怎么感觉观看极光似乎变得容易了，这是怎么回事呢？
极光是如何产生的？
要解答这个问题，我们首先要了解下极光是如何形成的。极光是一种地磁暴引发的天文现象，地磁暴的发生则与太阳活动有直接的关系。
我们的太阳表面并不平静，时常上演着一种强烈的辐射爆发，我们称之为“太阳耀斑”。太阳耀斑有时会伴随着一种壮观的现象——日冕物质抛射。这是太阳日冕层向外喷射出大量带电粒子和磁场的过程，仿佛太阳打了一个巨大的喷嚏，一次性就能将数以亿吨计的太阳物质，以几百乃至几千米每秒的高速从太阳表面抛射出去。
NASA的太阳动力学观测卫星于2014 年10 月2日拍摄的太阳耀斑照片，照片中顶部明亮的闪光就是太阳耀斑，在其右侧可以看到它抛射的物质。（NASA图片）
这些被抛射出的物质蕴含着惊人的能量，一旦它们朝向地球袭来，与地球相遇，就会引发地磁场方向与强度的显著变化，这种现象我们称之为地磁暴。
地磁暴发生时，太阳带来的高能粒子从太空落下，撞击空气并使其发光，从而形成极光。具体来说，就是空气中的分子和原子在与太阳物质的高速撞击过程中，会发生微观的能量交换。以氧原子为例，它们会从撞击中接收一份能量，但是由于原子核外电子的特性，电子与原子核之间只能容纳一定额度的能量，超过的部分都会再被释放出来，而释放的形式就是发光。
极光出现的高度范围示意图（NASA图片）
我国的极光现象极为罕见
通常，极光出现在高纬度地区，特别是地球南北极附近较为常见，但在我国观测到极光却极为罕见。原因主要有三个方面：
首先，极光主要出现在被称为极光卵的区域，这一区域位于地球南北极区附近，其对应的地理纬度大致在南北纬65度至75度之间。然而，我国纬度最高的地点漠河，其纬度也仅为北纬53度左右，远未达到极光频繁出现的纬度范围。
其次，地球磁轴与自转轴之间存在一个约11.5度的夹角，这意味着地理纬度与地磁纬度并不完全重合，并且地球磁轴还向北美洲方向有所偏移。因此，对于我国来说，实际的地磁纬度要比地理纬度低大约10度。这一差异使得我国大部分地区更加远离极光频发的高地磁纬度区域。
最后，即便在极少数情况下极光能够出现在我国上空，其强度也往往较弱。而大气透明度较低和人类照明带来的光污染等环境因素又可能进一步遮挡和削弱这原本就微弱的极光现象，使得观测到极光的可能性更加渺茫。
11日凌晨，在中国河北承德的金山岭长城，长城、极光与银河同框，古老的长城在星空下更显沧桑巍峨。（图源：央视新闻）
最近我国多地为何能看到极光？
尽管通常强度较低的地磁暴只会在地球的南北两极附近产生极光，但随着地磁暴的强度增高，极光的可见范围会逐渐向地球赤道方向扩展。以北半球为例，当地磁暴增强时，极光现象会向更南部的地区扩展其影响范围。若地磁暴的强度足够大，极光就有可能在我国上空被观测到。
为了衡量地球磁场活动的大小，科学家采用了“全球磁场指数”，简称KP，取值范围0～9，数字越大，说明地球磁场活动越强烈。实际上，极光也是地磁活动的一种表现形式，因此KP值可以作为极光的一个非常好的指标，极光的位置和亮度与KP 直接相关。
当 KP指数适中（5或6）时，极光出现范围会向极地方向退却，亮度和活跃度都会降低。当KP指数较高（介于 7和 9之间）时，极光会很明亮，极光则会移向低纬度地区。
根据此前国家空间天气监测预警中心发布的消息，在北京时间10月10日23时至11日17时，受日冕物质抛射影响，地球连续发生18小时的特大磁暴活动，全球磁场指数（KP）最大值达到8.67。随之而来的则是我国北方多地的极光现象，此次除了在黑龙江、新疆、内蒙古几个极光观测地之外，在北京、吉林、河北、甘肃、青海等地也有大量的清晰极光记录。
10月11日，国际空间站宇航员在太空拍摄到的极光（NASA图片）
为何最近我国极光出现的次数多了起来？
从去年底至今，我国北京、黑龙江、内蒙古、甘肃、新疆等多地已经出现几次极光现象。既然在我国观测到极光极为罕见，为何最近一年在我国出现的极光现象似乎多了起来？
这背后的原因仍然与太阳有关。太阳活动存在一个时长约11年的周期。从2019年12月开始，我们已经进入有记录以来的第25个太阳活动周期，太阳活动正在慢慢加剧，今明两年或处于高峰期。在高峰期，太阳表面的黑子数量显著增加，伴随着频繁的太阳耀斑和日冕物质抛射，地磁暴仍存在爆发的可能性，极光出现在我国的机会也在逐渐变大。
如果你错过了最近我国出现的几次极光现象，也不用着急，或许还有更精彩的极光秀还在后面等着你。
以上文字信息综合新华网、光明日报、国家空间天气监测预警中心等
编辑整理：刘允
审核：北京天文馆研究馆员 李昕