为什么地球的北极会出现极光
发布网友
发布时间：2022-04-25 13:53
共1个回答
热心网友
时间：2023-10-05 09:06
想要解释极光出现在地球两极附近的原因，我们首先要来了解地球的磁场。地球磁场是地球周围空间分布的磁场，是地球生命的保护伞。我们可以把地球视为一个巨大的磁铁，其中地磁北极大致在地理南极附近，地磁南极则在地理北极附近。这两极所产生的球体磁场即为地球磁场。磁感线分布特点是赤道附近磁场的方向是水平的，两极附近则与地表垂直。赤道处磁场最弱，两极最强[1]，如图1所示。太阳风是高能带电粒子，进入地球磁场后，与大气层中的分子和原子发生碰撞，使之成为激发态的离子，并发射出不同波长的辐射。地球中性大气的粒子能量较低，而从宇宙空间来的能量较高的粒子会对它进行碰撞、激发。能量较高的粒子往往带电，带电粒子在磁场中要受力偏转，所以我_地球周围的磁场对我们是一个保护，把充斥在宇宙空间中、对我们人体有害的高能量粒子挡在外边[2]。太阳发射的带电粒子并不是直线行进的，它会在地球磁场作用下沿曲线轨迹移动。由于地球磁场的作用，大多数带电粒子会偏向地球两极，仅有少数高速粒子能够到达赤道上空的大气，这就如同是在地球周围搭起了一个*的保护罩。为什么大多数带电粒子会偏向地球两极呢？下面我们就用所学过的高中物理知识来解释。我们在新课标高中物理选修3-1第三章磁场中学到[3]，运动的电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用。运动的带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直，它的指向可以依照左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。如图2所示。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。一般情况下，电荷量为q的粒子以速度v运动时，当电荷运动的速度方向与磁感应强度方向夹角为θ时，电荷所受的洛伦兹力为F=qvBsinθ（1）沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。从地磁场的示意图1中我们可以观察到，在地球的赤道附近，磁感线的方向大致与地球表面平行，当太阳风进入地球赤道上方的大气层时，带电粒子由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转，可以近似认为带电粒子做圆周运动，圆周的轨迹与地球赤道平面平行。太阳风由于受到了洛伦兹力的作用，这些粒子与大气层中分子、原子的电离并没有穿过大气层进去到我们的眼睛，所以在赤道附近的区域并不能看到极光现象。而在地球两极附近，由于地球的磁感线近似垂直于地球表面，带电粒子与磁感线的方向近似平行，可以用左手定则判断，这时带电粒子所受的洛伦兹力的大小近似等于零。换句话说，在地球两极附近，太阳风与大气层中粒子电离的粒子更容易穿越大气层到达地球表面，所以在地球两极附近更容易观察到极光现象。也就是说，激发极光的高能粒子需要沿着磁感线飞行，其所沿着的磁感线发源于南北两极附近的区域，所以极光更容易出现在南北两极附近的区域。这就是为什么在南北两极附近，我们更容易观察到美丽的极光现象。来源：高考·中
