bstgje的生活點滴

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天文學研究者對天文現象的浪漫感受可能和普通人不太一樣。我大學時的一個朋友在帶著他的朋友去野外看流星雨的時候，錄下了他們看到流星劃過時尖叫的聲音，想要藉此證明叫聲的頻率和流星的亮度存在良好的函數關係。我部分理解他的感受，畢竟當朋友們對著流星雨尖叫或者許願的時候，你很難不想到這些劃過天際的美麗天體究其根本不過是一些石塊在和大氣層摩擦而已。當然，如果足夠大的話它可以毀滅地球上大多數的生命。例如那顆大概10公里的滅絕了恐龍的流星。從北美一隻三角龍看到它，到它撞擊地面激起潑天大火大概只過了5分鐘。

不過有的天文現象會讓你腦子中不合時宜的知識開關直接關閉，只剩下對自然造物神奇的讚嘆。比如，極光。如果你有幸在北極圈附近的國度如果挪威，冰島，或者美國的阿拉斯加等地旅遊，而恰好天氣晴朗，那一定不要錯過在夜晚找一個遠離燈火的地方看看極光。那種宛若來自魔幻世界的搖曳光芒，會讓一切電動力學，等粒子物理滾到天際去(圖一）。

過一會以後，這些知識當然又會回到你的大腦。但這無損極光的美麗，反而更讓你更加意識到自己看到的是多麼令人震撼的景象。你知道這些極光的能量來自於太陽風。太陽米秒鐘向宇宙中傾瀉超過4百萬噸的物質，這些物質主要是帶電粒子，包括氫原子核和氦原子核以及電子。這些高速飛行的粒子中有極少的一部分來到地球以及其他太陽系的行星，當太陽風和行星大氣相互作用，就會激發行星大氣中的原子使得它們發光。以地球為例，紅色的極光自於氧原子激發，綠色的極光則是大氣中氮分子和氧原子聯手製造出來的。

同時你意識到你大老遠的跑到冰島這樣一個寒冷的來看極光是有著深刻的物理含義。因為地球的極光一個重要的特點是只在靠近南北極的地方發出。這樣是因為地球具有磁場，當太陽風中的帶電粒子吹向地球，它們無法穿越地球磁場防護罩直接進入大氣，而是被磁力線輸送到地球磁場的兩極去。因此，這些來自太陽風的高能粒子，會集中在南北極的特定區域進入大氣層，也就是距離磁南北極10度左右的環帶。如果你恰好坐在飛機上穿越極光帶，能夠更好的理解極光的宇宙起源，它看起來就像是燃燒在空間中的火焰（圖2）。有趣的是，極光並不覆蓋整個極圈，發光的區域是兩個環形帶（圖3），呈橄欖形，這也意味著你要是真的跑到北極點去，反而看不到這樣的美景。

在天文學角度來看地球的極光，這絕不是並不是一件平凡的事情。行星並不天然就獲得磁場。形成磁場需要行星內部有尚未凝固的液態金屬核，需要有自轉來維持磁場的存在。這也是為什麼地球的磁南北極正好和地球的地理南北極幾乎重合的原因。太陽系裡，和地球差不多的行星中，金星沒有自轉，火星可能沒有液態金屬內核，都無法形成強有力的磁場。它們幾乎是直接暴露在太陽風之中（圖4）。金星和火星上，極光並不只在兩極出現。

地球磁場阻止了太陽風中的有害高能粒子進入地球大氣，從短期來看，如果地球磁場被關閉了，人類不會面臨立刻的威脅。因為大氣仍然可以保護人類不暴露在太陽風高能粒子中，但是空間中的通訊衛星會受到巨大的影響，這也會威脅到宇航員的安全。但是從地球演化的億萬年的尺度上看，磁場保護了地球水和氧氣的流逝，保護了地球大氣的穩定存在，大大減輕地球的生命演化威脅。

關閉磁場的效應可能需要相當長的時間才能夠顯現。但金星可以作為參照。金星與地球同為類地行星，大小幾乎相同，猶如孿生姐妹。在遠古時代金星可能有一段時期存在液態水形成的海洋以及溫和的氣候，和地球同樣可能孕育生命。但它不再有任何適宜生命存在的跡象。金星如今好像一個高溫的壓力鍋，表面溫度達到700攝氏度，終日由硫酸形成的雲層籠罩。這樣的結局是因為金星可能經歷了“失控的溫室效應”。在這個過程中，金星海洋中的水被不斷的蒸發，而大氣中的水蒸氣又加劇了對地面熱量的屏蔽，使得溫室效應進一步加劇，溫度升高，更多的水分蒸發。而金星的磁場缺失使得情況更加惡化，因為當水蒸氣進入大氣高層，水分子被紫外線分解為氫和氧原子。在沒有磁場保護的情況下，前者會被毫無阻攔的太陽風帶入宇宙空間，從而使得金星永遠的失去這部分水。

所以當我看到極光的美麗圖景時，感受到的不僅僅是審美上的愉悅，也包括來自智識的感動。這種在空間中燃燒的火焰，也是地球被自轉產生的磁場保護的證據。是地球眾多微妙複雜平衡機制中的一環。和其他大多數的平衡機制類似，一但磁場消失，人類完全束手無策。而這個磁場會在相當長的時間裡保護地球，但也許並沒有很多人想想中穩固，在有地質記錄可查的時代，這個磁場已經經歷了多次的反轉。設若這磁場一旦消失，我們也沒有任何已知的方法來重生另外一個。而在我們已知的星球中，沒有任何一個像地球這樣適宜人類的生存，更不要提在過去的50年裡，地球人的太空航行技術都沒有質的飛躍。一旦我們生存的地球出了問題，我們幾乎沒有辦法達到這些潛在的家園。正如卡爾薩根在他的名著《暗淡藍點》中的說到的：人們渴望一位天父來管照我們，寬恕我們的錯誤。但知識比無知更為重要，只有我們自己的勇氣和智慧能夠守衛我們脆弱的星球。