北極光小常識 (四)

極光預測參數

        觀看極光奇景首要黑暗和晴朗的天空,其次才是極光機率,太陽風向,速度和強度等問題,雖然理論部份交給專業,但作為「極光獵人」,我仍然很有興趣為大家簡單分享極光預測的細節內容。

Kp指數為零並不表示沒有極光

        Kp指數形容極光橢圓區域愈廣,反映極光發生的機率或強度,但它祇是一個心理參考數,與看不看得到極光並不是必然關係,其無法反映特定位置發生的單個極光亞暴,更加無法判斷極光實際強度或頻繁的程度,即使Kp値為零,並不表示沒有極光,儘管機率較低,仍不排除會有短暫激烈脈衝機會,不過要在橢圓的正下方那一丁點地方才看得到,由於Kp指數一般至少都有1至2級,故此位於極光橢圓正下方的地區不受影響,祇要天氣許可,黃刀與育空極圈的極光幾乎每晚都不會缺席。事實上,Kp指數低,極光動得慢也是很適宜拍照的。

Kp預估與實時數據

        我就曾經在Kp値祇有1級的時候,看到我所評價為的7級甚至8級極光,帶著紅色甚至紫紅色光暈的極光就如圖上在天空熱烈舞動,因為來得太突然故此手忙腳亂(請注意,若極光動感太強,相機快門太慢,在照片上的極光影像就會模糊)。

        但我也有過在Kp預估値4級的時候,坐在營地裡枯守一夜的經驗,因此,如何讀懂極光預報網頁關於太陽風的向量,速度和密度等參數,從磁力針的實時測量値,以預先判斷磁場強度,對於作為一個極光獵人來說,至為重要。

黃刀育空,得天獨厚

        看極光最重要是天時,同樣在極光帶下,冰島和阿拉斯加等地方看到極光的機率都不如加拿大。費爾班克斯和白馬市因為城市背後有一座大山,高山太容易聚集水氣,阻礙欣賞極光機會:北歐臨近挪威海,有雲比沒雲的時間多,冰島在北極寒流和大西洋曖流之間掙扎,冬日每月平均降雨量皆高達75毫米以上,祇有黃刀位處北美大陸荒原的正中央,為大陸性亞極氣候,年初每月平均降雪量不到15毫米,陰天不超過10日,所以天氣不是問題,就看極光參數如何顯示。

星際磁場(IMF)

        1997年,NASA的一座人造衛星ACE號升空(現已被DSCOVR衛星替代),其恆定夾在太陽與地球之間,專責在太陽風到達地球半小時至一小時之前,全天候收集及提供參數數據,俾便顴察者提早掌握地磁風暴預報。

        通常,地球的磁力線從南極指向北極,磁場是三維空間的,其中包含三個分量,從南到北的方向稱為z方向,從地球指向太陽為x方向,y方向則沿著赤道從東到西平行橫向。太陽本身就是一個大磁場,太陽風以巨大的螺旋狀方式離開太陽,將太陽磁場帶向太空,形成一個諾大螺旋形的星際磁場(IMF)。當太陽風經過地球時,設Bt為粒子通過時磁場的總強度,其中以其向量磁場Bz對極光的影響最大,若當時其Bz磁場朝北,在磁力計顯示為正值,則IMF與地球磁力線相同方向,兩者相互排斥,絶大部分太陽粒子被偏轉離開,結果極光活動最小。

磁場向量是通關密碼

        磁場向量(Bz)是極光産生的必要條件,假如Bz向量剛好朝南(在磁力計顯示為負值),IMF與地球磁力線方向相反,兩者相互擠壓觸發磁力線重接,太陽粒子將軌道跳到地球的磁力線,基於電磁異性相吸原理,湧向極尖並更有效地被吸進地球,這猶如太陽風在地球後門找對通關密碼,將綠娘送進凡間。

        Bz値或正或負,是決定太陽粒子能否進入地球的關鍵,顴察者可從Bz的連續實時數據,預知這一小時内極光出現的機率和頻率,當更大或更持久的Bz向南負值,尤其是Bz持續低於–10nT時,將帶來很大規模的極光,反之則否。

風速主宰極光強度

        太陽風的速度是極光強弱最重要的因素,速度較高的粒子對地球的磁層的撞擊更重,激發的能量愈高,並且深入大氣層連續作用,産生活潑繽紛的極光。一般而言,平常太陽風速緩慢時約為 300~500公里/秒(約光速的1/1000),在日冕噴發過程,太陽風經過地球時速度可能突然跳到 500公里/秒以上,最熱烈的甚至超過 1000公里/秒。太陽風風速若超過 500公里/秒以上的便可稱為中度太陽風,有條件産生極光,750公里/秒便算強勁,有能力産生不同顔色的極光,太陽風能的功率愈高,極光愈強,更多姿彩和充滿活力。

        但是,高風速本身並不保證一定會有極光,假若太陽風磁向不對,就像門沒有打開,太陽粒子過門不入,結果空談。

粒子密度影響亮度

        假如太陽風速強勁,粒子密度太低也是徒然,密度是對太陽風中攜帶的粒子數量的度量,通常粒子速度愈高,密度愈低,在浩瀚無垠的太空,每立方釐米平均有5個微小的太陽粒子就算中等,超過10個就非常高了,當太陽風速與星際磁場參數有利,太陽粒子的密度較高時,它對地球磁層產生更大的壓力,從而產生更廣和更亮的極光。當更多的粒子與地球磁層相互作用,天空獲得更多極光顯示的機會;如果粒子密度太低,極光亮度過於微弱,於是極光便不被我們察覺。

五大訴求,缺一不可!

        籠統地説:天氣情況是觀賞極光的先決條件,Kp左右觀賞極光的地理位置,磁向控制極光的規模和頻率,風速主宰極光的強度和彩度,密度則影響極光的廣度和亮度,這五大訴求,缺一不可!


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