探秘极光:为什么伴随着极光会有怪声出现

夜空中炫目的北极光,一直以来赋予极地荒野传说诗意的色彩,不过近几世纪以来,有些传说提到:强烈极光会发出奇怪的声音。

极光

极光

目击者表示,逢强大极光出现时,会听见长达数分钟的声音,听起来像无线电的杂讯、微弱的爆裂声、轻微的沙沙声或嘶嘶声。虽然这些奇怪的声音,长期以来都被视为传言,不过芬兰科学家表示那些声音确实会发生,研究团队更认为他们已经找出原因了。

答案来自于寒冷夜晚大气层里的带电粒子。研究团队6月22日在瑞典斯德哥尔摩举办的波罗的海-北欧声学会议(Baltic-Nordic Acoustic Meeting)中发表结果,指出当太阳喷发的物质进入地球范围时,这些带电粒子会迅速放电,而形成啪啪声或其他噪音。

极光

极光

从太阳吹出的太阳风夹带着大量的带电粒子,而极光就发生在这些带电粒子与地球的磁场相互作用之处。这些带电粒子像漏斗般汇集到地球的南北两极,然后进入大气层里,上演一场多采多姿的光影秀。

有时候,太阳会喷发出大量的带电粒子,当这些粒子朝地球而来时,会对地球磁场造成扰动,称之为「磁暴」(geomagnetic storms)。这些磁暴会对轨道上的卫星、甚至输电网路造成影响,不过它们同时也形成了最绚烂美丽的极光。

在此之前,关于极光声音的一个主要理论认为,这与针叶或松果有关。在磁暴发生的期间,大气层里会有出现相当高的电场,造成大气中和地面上物体的电荷差异很大。

像树叶或松果等尖锐的物体,它们极小的表面积会让电流放电,就像静电从门把上跳到手指头上,如此一来,就可能产生碎裂声。

美丽的极光

美丽的极光

2012年时,阿尔托大学(Aalto University)的研究学者列纳(Unto K. Laine)已证实,在极光最强烈的期间,声音是从树冠、大约地表上方70公尺的地方传出来的。

该团队持续研究后,提出一个关于极光的啪啪、砰砰及碎裂声更明确的解释。关键就在于「逆温层(inversion layer)」,在这个区域里空气温度随着随着高度而增加,这与高度越高、温度下降的正常现象相反。列纳表示这个现象在晴朗稳定的白天之后最常发生。太阳西下之后,暖空气上升,地表冷却下来,然而持续的稳定状态,让这两个区域的温度不会对流。

根据列纳及其团队的研究,这个逆温层就像瓶盖一样,把负电锁在它的下方,而正电在上方的空气中。当磁暴冲击地球时,瓶盖破裂而电力释放,就产生了这些奇异的声响。

这个理论与他们的观察结果相当吻合。他们发现60支最大声音的纪录,都是从地表上方约75公尺处录到的;这跟芬兰气象研究所测到的一般逆温层高度相同。

阿拉斯加大学的极光研究者拉曼赛(Dirk Lummerzheim)说:「极光的声音是个被许多科学家和其他人忽略的现象,认为这只是观察者的想像。」

美丽的极光

美丽的极光

「极光声音不只是一种由人类大脑建构出来的共同感觉(synesthesia),而是透过观测、纪录证明,列纳更提出物理过程来解释这个现象。」

极光直击

虽然强烈的太阳风暴可以在中纬度的地方引发极光,但是要观赏难以捉摸的极光秀,甚至听到它们的奇特声音,最好还是在接近极圈的地方。

极光的声音

极光的声音

大约在当地午夜的时间,尽可能找到户外最暗的地方,面向北方地平线观看。光害会使较弱的北极光黯然失色,因此在都市近郊处,往往只能看到较明显的极光。