极光 孙继承 摄

孙继承（左三）和队友拆除极光成像仪遮光罩时合影留念。（作者供图）

进入3月，中国南极中山站上空，绚烂的极光频频现身。在两极的苍穹之上，这种如丝绸般轻盈、如梦境般瑰丽的光影，曾被古人视为冥冥之中的“神谕”。在科学视野下，它其实是太阳与地球磁场、高层大气共同织就的一场大规模“高能粒子交响乐”。

极光能量源于“太阳风”

要深入理解极光的形成，我们必须将视线从冰冷的极地投向1.5亿公里外炽热的太阳。太阳时刻向宇宙空间喷射着由电子和离子组成的高能带电粒子流，这便是所谓的“太阳风”。这些粒子以每秒数百甚至上千公里的速度在太阳系内横冲直撞，当它们抵达地球附近时，地球强大的磁场就像一面无形的巨大盾牌，挡住了绝大部分粒子的撞击，保护了地表生命免受高能辐射的伤害。

然而，这面“盾牌”并非严丝合缝。太阳风中的带电粒子在经过地球磁层边缘时，会被地磁场俘获，顺着磁力线呈螺旋状向下俯冲，最终坠入地球的高层大气。

当这些携带巨大动能的微观粒子撞击大气中的氧原子、氮分子时，能量会发生传递，使这些原子或分子进入一种不稳定的“激发态”。为了回归稳定的“基态”，原子必须释放掉多余的能量，而这些能量便以光子的形式发射而出。成千上万次微观尺度的碰撞在宏观上汇聚，便化作了极光。

南北极光并不完全一样

在理想状态下，南极光与北极光应当是互为镜像、同步起舞的“孪生姐妹”。然而，现实观测发现两者并非完全一致。

首先是地理与环境的非对称性，地球的磁轴与自转轴并不重合，这导致了两极极光带的地理分布存在差异。更深层次的原因在于“空间环境的复杂性”：太阳风时刻挤压着地球磁层，使磁层向背阳面拉伸出巨大的“磁尾”，这个动态过程会产生不均匀的扰动，导致注入南北两极的粒子通量和能量谱并不绝对对称。

为什么要观测极光

在南极中山站，极光研究并非只是架起相机拍照那么简单。这是一个多维度的立体监测体系。

首先是光学监测，利用全天空相机，研究人员可以捕捉极光的瞬时形态演变，从稳定的弧状极光到闪烁的脉动极光，每一秒的数据都记录着地磁能量的释放。

其次是电磁波监测，极光本质上是强烈的电磁扰动，它会显著改变电离层的电子密度。中山站部署的高频相干散射雷达可以向高空发射无线电波，通过分析回波信号，研究极光对电波传播的影响。这对现代社会至关重要，强烈的极光活动往往伴随着地磁暴，会导致GPS定位偏差、卫星通信中断，甚至在长距离输电网中感应出异常电流，烧毁变压器。

通过南极中山站和中国北极黄河站的极光观测研究，中国科学家在极区空间天气领域取得了系列的研究成果。

我们不仅是在追逐极地美景，更是在为地球构建一套“空间预警系统”。极光就像是一个巨大的“显示器”，它把肉眼看不见的宇宙空间物理过程，转化成绚烂的视觉语言。通过解码这些光影的变化，我们得以窥见太阳活动的脉搏，并保护宇航员、卫星以及地面的精密设施。

在南极寒冷且漫长的极夜里，中山站的考察队员们正是一群守望夜空的“追光者”，他们通过那抹闪烁的极光，探寻着人类文明与浩瀚宇宙之间最深刻的联系。

［作者 孙继承，系中国第42次南极考察中山站越冬队员、中国极地研究中心（中国极地研究所）副研究员］