Aurora · 极光 · 1619 年（伽利略创用 aurora borealis 一词）
太阳风写给大气的信
地球高层大气中的自然发光现象：来自太阳的带电粒子扰动磁层后沉降，激发大气中的氧与氮，发出绿、红、紫等色光。最常见于以南北纬约 67° 为中心、宽约 6° 的『极光带』。aurora borealis（北极光）一词最早见于伽利略 1619 年的著述。
极光是地球高层大气的自然发光现象：太阳风（日冕物质抛射与冕洞带来的高速等离子体流）扰动地球磁层，改变带电粒子轨迹，使其主要于热层沉降；沉降的电子与质子电离并激发大气成分，氧与氮退激时发出不同颜色的光。极光常见于以地磁纬度约 67° 为中心、宽约 6°（约 660 公里）的极光带内，形态呈幕帘、射线、螺旋或闪烁，可覆盖整个天空。南北两半球的极光近乎同步对应，分别称 aurora borealis 与 aurora australis。
极光的颜色由原子物理决定：高空激发态原子氧发出 630 纳米的红光——原子稀薄且人眼对该波长不敏感，仅强活动时可见，这造成光幕顶端朦胧渐隐；较低高度上碰撞频繁，抑制红光，557.7 纳米的绿光占优，加之原子氧浓度与人眼绿敏度较高，绿色成为最常见的极光色；更低处分子氮接管，发出以 428 纳米为主的蓝紫光，出现在光幕底缘与强活动期。红绿混合成粉或黄。氧的两次发射均为禁戒跃迁，发光缓慢（绿 0.7 秒、红可达约 107 秒），这正是极光明灭从容的物理原因。卡尔·斯特默用相机三角测量了逾 12000 次极光：高度不低于 70 公里，仅 6.5% 高于 150 公里，峰值在约 100 公里。
极光的科学史是一部『解释不可见原因』的历史。aurora borealis 一词出自伽利略 1619 年的著述，1649 年伽桑狄描述 1621 年法国全境可见的极光时再述此名，1828 年进入英语。挪威科学家克里斯蒂安·伯克兰推断极光弧中存在沿东西方向流动的电流（后称伯克兰电流）；1960 年加拿大丘堡的一次火箭飞行首次直接测得自上而下进入大气的电子流，确认了沉降电子这一直接成因。强磁暴时极光椭圆可大幅向低纬扩张——史上最强的卡林顿事件中，极光甚至见于热带。
极光亦持续产出新的视觉对象：2016 年公民科学家发现并命名的『STEVE』（宽 25 公里、海拔约 450 公里、温度 3000℃ 的热带状等离子体带，严格说并非极光）；2020–21 年芬兰公民科学家确认的『沙丘极光』——绿色弥散极光中规则排列的平行亮纹，被认为由中层大气逆温层波导中的大尺度大气波调制原子氧密度所致。从审美看，极光是罕见的『物理定律直接显形』的奇观：幕帘的褶皱记录磁场线的走向，底缘的截止线记录氧浓度的衰减——每一条形态细节都是可解读的方程。
67° 上的光带
极光最常见于以地磁纬度约 67° 为中心、宽约 6°（约 660 公里）的极光带；太阳风将极光椭圆午侧推离地磁极约 15°、子夜侧约 23°。斯特默三角测量逾 12000 次极光发现：高度不低于 70 公里、仅 6.5% 高于 150 公里，峰值约 100 公里。
地磁暴时极光椭圆向低纬扩张，卡林顿事件中极光见于热带。
南半球极光（aurora australis）与北半球近乎同步对应。
编辑解读：冰岛米湖上空的这幕光帘，是磁场线被阳光『弹拨』后在大气层上的投影。
三种原子的调色盘
绿光来自原子氧的 557.7 纳米发射，红光来自 630 纳米（仅高空稀薄处可见），蓝紫以氮的 428 纳米为主、见于低空底缘。绿为最常见色，其后依次为粉、纯红、黄与纯蓝。
红绿可混合出粉与黄。
两次氧发射均为禁戒跃迁：绿 0.7 秒、红最长约 107 秒，故极光明灭缓慢。
编辑解读：爱沙尼亚这晚的绿色并不均匀——浓度与高度的每一次变化都被写成了亮度的梯度。
从神话到伯克兰电流
aurora borealis 一词出自伽利略 1619 年著述，1828 年进入英语。挪威的伯克兰推断极光弧中存在东西向电流（今称伯克兰电流）；1960 年丘堡火箭飞行首次直接测得自上而下沉降的电子流。
极光区上空的电场探针测得约 40000 伏电位，强磁暴时可超 200000 伏。
太阳风典型速度约 400 公里/秒、密度约 5 离子/立方厘米。
编辑解读：萨纳山巅的光弧与雪原同色——在极北，光与雪共享同一种『冷饱和』，人只需站着不动就会被纳入构图。
公民科学家的新极光
2016 年公民科学家发现并命名 STEVE：一条宽约 25 公里、海拔约 450 公里、温度 3000℃、以 6 公里/秒流动的热等离子体带（严格而言并非极光）。2020–21 年芬兰公民科学家确认『沙丘极光』——绿色弥散极光中规则排列的平行亮纹。
沙丘现象被认为由逆温层波导中的大尺度大气波调制原子氧密度所致。
极光形态还包括脉动极光（周期 2–20 秒）等短时间尺度变化。
编辑解读：阿比斯库的这场绿色平流几乎静止——发现新现象的人，往往是看得最久、最不着急按快门的人。
继续阅读 · 原始资料
- Wikipedia · Aurora
通读英文维基 Aurora 条目全文（命名、极光带、颜色物理、磁层机制、太阳风交互、观测史各节），提取极光带位置、发射波长、高度分布、Birkeland 电流与 Church 画作等事实。物理机制部分为条目转述，未核对原始论文。
- Wikimedia Commons · File:039 Northern lights over Mývatn (Iceland) Photo by Giles Laurent.jpg
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- Wikimedia Commons · File:Virmalised 17.02.15 - Aurora Borealis 17.02 (1).jpg
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