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神秘莫测北极光

2014-11-11 22:04 作者:曹玲来源:三联生活周刊 2014年第45期
人们发现北极光越来越多的秘密,但这并不妨碍你被它的神秘莫测所震撼。

北方的天空

“太阳让我着迷了很多年。”挪威人帕尔·布莱克(P?l Brekke)说。他是奥斯陆大学天体物理学太阳物理博士、挪威航天中心高级顾问,去年出版了两本科普书,一本叫《我们狂躁的太阳》(Our Explosive Sun),一本叫《北极光》(The Northern Lights)。因挪威弗拉姆号博物馆在北京自然博物馆举办“探索北极”的展览,挪威驻华大使馆也邀请布莱克一同来中国讲一讲北极光。

“中国人对北极光的热情让我惊讶。”布莱克告诉本刊,“很多人觉得北极光很神秘,想亲眼一见。”他说,在成为一个科学家之前,北极光在他眼里也一样神秘。他最早被太阳所吸引,早年曾被导师介绍去位于奥斯陆北部Harestua的太阳天文台工作,他父亲也在那里工作。那时他开始对太阳动力学入迷,于是转向天体物理研究。“太阳让人类为之着迷了数万年,它从方方面面影响我们的生活。太阳有很多好处,比如有了它我们才能生存,才能看到绚烂的北极光,但是它也有很多害处,太阳风会影响卫星通讯、GPS、无线电通讯等等。”他后来热衷于和公众分享关于太阳的知识,参与了一些纪录片的拍摄,还写了一本介绍太阳来龙去脉的书。

挪威摄影师弗雷德里克· 布罗姆斯拍摄的北极光

挪威摄影师弗雷德里克· 布罗姆斯拍摄的北极光

写完《我们狂躁的太阳》之后,他和因拍摄北极光而获得很多国际奖项的摄影师弗雷德里克·布罗姆斯(Fredrik Broms)一起筹划写一本关于北极光的书。“虽然已经有不少关于北极光的书,有的介绍如何拍照,有的介绍科学知识,有的是旅行指南,但是没有一本从各个角度解读北极光的书。于是我们打算写一本包括很多漂亮图片的北极光大全。”

北极的天空曾让很多人入迷。著名的卡弗利奖的创建人弗莱德·卡弗利(Fred Kavli)在接受《纽约时报》采访时曾说:“在挪威这样的国家长大,冬天时北极光在蓝色和黑色的天空中舞动,整个天空像燃烧起来,它还照亮了白雪覆盖的山顶,银河系中繁星闪烁。我坐在静谧而孤独的雪山上,这是最接近自然并对它产生兴趣的时候,我开始沉思宇宙、星星、自然和人的神奇。”“至今,我还在沉思。我认为,物理学是最接近自然和宇宙的科学。”他在功成名就后于2008年设立了卡弗利奖,奖励在天体物理学、神经科学和纳米科学领域做出原创性贡献的科学家,每项奖金为100万美元,每两年评选一次,现在已经成为科学界一项重要奖项。

“北极光让人们思考宇宙。”布莱克说,“事实上,北极光和太阳有很大的关系,人们用了很多年才发现这一点。”

最早记录北极光的是挪威编年史《国王的镜子》,成书大约在1230年,作者可能是国王拉嘎伯特(Magnus Lagab?te)的儿子。那时候人们认为地球是平的,被海洋所包围。一种解释说,海洋被大火包围,极光是火光在天空中的反射;另一种解释是,地平线下反射的太阳光照亮了天空;第三种解释是格陵兰岛的火灾。

直到17世纪后期,英国天文学家埃德蒙·哈雷(Edmond Halley)才第一次将极光与地球磁场联系起来。他指出,极光弧度并没有指向地理学极点,而是指向磁极。“这一点是正确的,而且是一个重要发现。”布莱克说。

17世纪还有几位科学家发现了北极光的出现和磁场变化之间的相关性。挪威天文学家克里斯托弗·汉斯庭(Christopher Hansteen)建立了一些观测站来测量磁场,第一次指出极光是一个围绕磁极的连续的环。“今天我们知道极光是围绕磁极的椭圆形,他的绘图是第一个例证。”法国科学家让-雅克·德麦兰(Jean-Jacques de Mairan)是第一个提出极光和太阳有关的人。1774年,他提出太阳的大气层和地球通过某种方式联系,“那时候这样想是很难的”。

最早的突破性发现是挪威科学家克里斯蒂安·伯克兰(Kristian Birkeland)于19世纪末做出的。布莱克指着一张200克朗面额的挪威纸币上的人像说:“这就是伯克兰和他的研究。”

1896年,伯克兰提出,来自太阳的带电粒子能够点燃北极光。为了证实他的理论,他建造了一个实验系统,用一个装有电磁铁的模型来模拟地球,被称为“特洛拉”(Terrella)。他注意到引向磁化小地球的电子流将自动流向磁极,同时产生一圈光晕,他断定极光也是依据相同原理产生的。

除此之外,他还建立了第一个稳定的极光观测站,并证实了太阳风的存在。基于地磁学测量显示,北极光的活动几乎是不间断的,他得出结论说地球不停地被来自太阳的带电粒子射线轰炸。伯克兰还发明了线圈炮和从空气中固氮的“伯克兰-艾德电弧法”,曾被提名诺贝尔奖达7次之多,可惜最终没有获奖。他设计的精彩实验给公众留下了深刻的印象,但为技术所限,直到上世纪60年代才终于被卫星观测所证实。

200克朗的挪威纸币上,印着伯克兰和他做出重要贡献的特洛拉实验、北斗星、北极星、极光环带。

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