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溫故知新:

北極光－大規模的原子光譜

在 地 球 最 北 部 的 地 方 ， 如 阿 拉 斯 加 、 加 拿 大 等 ， 大 家 經 常 可 以 在 無 雲 的 黃 昏 看 到 大 自 然 的 偉 大 傑 作 － 北 極 光 。 北 極 光 的 形 態 有 很 多 種 ， 如 簾 狀 、 弧 狀 或 線 狀 等 ， 而 且 也 有 很 多 不 同 的 顏 色 。 但 是 ， 或 者 很 多 人 不 知 道 ， 原 來 北 極 光 的 形 成 ， 是 由 於 在 大 氣 層 上 的 原 子 激 發 後 發 射 出 的 光 ， 這 正 和 化 學 堂 上 的 原 子 光 譜 原 理 一 樣 。

其 實 北 極 光 是 由 一 連 串 的 化 學 反 應 而 產 生 的 。 太 陽 燃 燒 時 的 火 焰 產 生 的 高 能 質 子 及 電 子 ， 經 過 兩 天 的 旅 程 到 達 地 球 。 這 些 粒 子 被 南 北 極 的 磁 場 吸 引 ， 高 能 電 子 會 在 磁 場 影 響 下 反 射 到 外 大 氣 層 ， 與 氧 氣 (O 2 ) 及 氮 氣 (N 2 ) 分 子 相 撞 ， 這 些 分 子 被 激 發 、 電 離 化 ， 最 後 分 解 成 氧 及 氮 的 原 子 。

被 激 發 後 的 原 子 、 離 子 及 分 子 在 返 回 基 態 後 ， 會 放 出 特 定 的 波 長 。 如 O 2 + 會 放 出 波 長 630 nm 的 紅 光 ； N 2 + 會 放 出 391.4 nm 的 紫 光 及 470.0 nm 的 藍 光 ； O 原 子 會 放 出 557.7 nm 的 青 光 及 630.0 nm 的 深 紅 光 。

由 太 陽 中 放 射 出 的 質 子 也 是 產 生 北 極 光 的 一 份 子 ， 它 們 與 外 大 氣 層 的 氧 原 子 相 撞 ， 並 由 原 子 中 抽 取 電 子 ， 產 生 O + 離 子 及 H 氫 原 子 ， 它 們 返 回 基 態 後 放 出 的 光 ， 令 北 極 光 增 添 更 多 的 顏 色 ， 尤 其 是 氫 原 子 ， 可 放 出 在 巴 爾 麥 系 (Balmer series) 中 所 有 可 見 光 。

北 極 光 幾 乎 每 晚 可 在 北 極 磁 場 2000 公 里 以 內 看 見 ， 但 在 太 陽 黑 子 干 擾 下 ， 亦 曾 經 出 現 於 南 面 墨 西 哥 的 上 空 。