1月24日，瑞典、芬兰、挪威、冰岛等地的夜空被绚丽的绿光照亮，这是一天前太阳大规模爆发时喷出的带电粒子正面袭击地球而产生的极光现象。2012年，随着太阳活动渐入佳境，舞动的极光会越来越频繁地出现在中高纬度地区，你准备好去亲眼看看这美丽的极光了吗？

【太阳大规模爆发时,这一天在世界各地拍下的极光照片。上图拍摄地点分别为挪威Kvaløya,芬兰Muonio和瑞典Abisko国家公园 图/spaceweather.com】

极光是什么？

来自太阳或地球磁层的高能带电粒子在地球磁场的引导下，从地球南北两极的高纬度地区闯入高层大气，导致大气中的分子或原子受到激发而电离发光，明亮时宛如光幕在夜空中舞动，蔚为壮观——这样的现象就被称为极光。

那么，如何才能够看到极光呢？简单来说就三条：1、必须处在一个较高的磁纬；2、地磁活动足够强；3、天气足够晴朗。

到哪里看极光？

极光的形成与地球磁场关系更大，因此在选择观赏极光的地区时，我们考虑的应该是磁纬，而不是一般意义上说的地理纬度。

地球的磁极和地理的南北极并不重合。目前，位于地球北半球的南磁极处在加拿大北部，位于南半球的北磁极也并不在南极点上。由此造成的结果就是，极光圈并不是以地理极点为圆心的同心圆，而是“歪着的”。对于相同的地理纬度来说，加拿大和美国等地的磁纬要比我们亚洲地区的磁纬更高一些。

毫无疑问，前往磁纬较高的地方可以有效提高看到极光的概率。就我国而言，当然是越靠北越容易看到极光。漠河确实是最容易看到极光的地区。

【我国部分城市和地区的磁纬】

然而，磁纬并不是越高越好的。和大部分人直觉相反，磁极附近反而看不到极光，这是因为极光总是在一定磁纬（大约67度）以下才会比较明显；磁纬67度以上地区虽然也有极光，但亮度较低，也就不易被肉眼觉察到。

可以说，磁纬60-65度的地方，极光最为常见。这样的地方包括：阿拉斯加中北部以及邻近的加拿大本土北部、格陵兰岛南部、冰岛以及俄罗斯北冰洋沿岸地区。

【欧洲、北美洲和南半球高磁纬地区几座主要城市的磁纬】

地磁活动与可见极光的范围

对于磁纬较低的地区来说，极光是难得一见的，有机会“看到”极光就已经很新鲜了。而对于磁纬在60-65度之间的地方来说，极光又显得太平常了，只要天气晴朗和足够黑暗，就能够看到极光。然而，那里平常出现的极光，并不像我们在照片上看到的那样变幻多端。真正能够像光幕一样在天空中舞动的明亮极光，只有在地磁活动较强时才可能出现。

地磁活动主要与太阳活动有关。目前，太阳活动正逐渐活跃，预计到2013年达到活动峰值，因此可以预计，未来两年内明亮的极光出现的频率会比较高，但具体到某年某月，有没有什么指标可以定义极光活动的强度呢？确实是有的，K指数和Kp指数就是其中之一。

K指数是单个地磁台用来描述每日每个3小时内的地磁扰动强度的指数，称为三小时指数或磁情指数。这是一种定量的分级指数，从0到9共分10级，数字越大表示地磁扰动越强。Kp指数则是地球总体的地磁活动水平，通常是由若干地磁台的K指数平均值估计出来的。

通常来说，Kp指数越强，代表着极光的可见范围越大。比如说，与北京同纬度的纽约，只要在Kp指数达到7的时候，就可能看到极光。由于上文介绍的“偏心”效应，北京在Kp指数达到9时也未必能看见极光。

【Kp值与欧亚地区的对应关系 图/noaa.gov】

（其他可见极光地区与Kp值的对应关系，请戳 北美地区 、 南北和太平洋东部地区 、 非洲、印度洋及大洋洲地区 ）

根据上面的对照表，如果在Kp指数大于7的时候去漠河，是不是就一定能看到极光呢？现有的科学水平可以让我们知道在未来一段时间内是否会发生地磁暴，但地磁暴到达某一级别的精确时间以及持续时长仍然是预报难题。如果你去到漠河的时候极光活动已经回落，那便不一定能看到极光。总之，“追极光”一定程度上要靠运气。

当然，大规模的极光活动与日冕物质抛射这种太阳活动是相关的。一般日冕物质抛射会首先被卫星观察到，而抛射物一般需要一两天的时间才能到达地球，因此大规模的极光活动是可以预报。（编者注：您可以关注本文作者个人网站上的 极光监测与预报页面 ，这一页面综合了各处的观测及预报信息。）

此外，到高磁纬地区欣赏极光应该尽量选择秋冬季节前往。这倒不是因为极光出现频率的问题，而是因为高磁纬地区夏季的极昼现象会影响对极光的观察，毕竟大多数极光还没有明亮到在大白天也能看到的程度。冬季长夜漫漫，会有更多的时间来守候美丽极光的出现。

机会总是留给有准备的人，提前安排行程，时刻关注太阳和地磁活动的预报，一旦时机成熟，抓起行囊出发吧！想在绚丽极光下星空漫步的朋友，心动不如行动喔！

更多相关文章

• 天堂的火炬：北极光
• 地球戴了个光圈？

原文发表于 果壳网 自然控主题站 2012极光变频繁？请备上观光指南！

【谣言】：银河中存在一种甜甜圈形状的光子带，富含高能量的光子。光子带和太阳系都围绕昴星团转动，它的轨道与太阳系轨道垂直，半径与太阳系的轨道半径相同，中心位于昴星团的昴宿六。2012年年底，地球将进入光子带。《你正成为一个宇宙人》这样描述：太阳和星星会从视野中消失，地球的电磁场会崩解，所有的原子会被改变，届时你们的精神能力会被光子效应提升，进入光子纪元[1][2][3]。

【真相】：《你正成为一个宇宙人》一书的作者分别是弗吉尼亚•艾森斯（Virginia Essene）和谢尔顿•尼德尔（Sheldan Nidle）[4]。根据网上的资料，弗吉尼亚•艾森斯在大学里学的是社会科学。1986年，她自称突然收到耶稣的指示，开始提供一项“灵魂阅读”服务，即把一部分大脑借给耶稣，让耶稣用她的声音与读者交流——每小时收费100美元[5]。

谢尔顿•尼德尔“据说”一生下来就与UFO结缘。他童年时常常在天狼星人的银河系联邦光明联合舰队的飞船上听课。后来由于他学习了与天狼星人相矛盾的地球人科学，天狼星人遗憾地离开了他，并承诺为了地球和人类，它们还会回来的。谢尔顿读大学时选择了政治学，然后开始“研究”物理学问题[6]。（本人不得不代表世界上所有的Sheldon鄙视他！）

【传说中有这样一个光子带环绕昴星团旋转，太阳系也同样围绕昴星团旋转，并将在2012年进入这一光子带中。但从现代天文学的角度来说，这样的光子带根本不可能存在。图片来源：librarising.com。】

既然这两位作者有“通天”之能，那就应该对天上的事情耳熟能详吧？可是，他们的说法中充满了逻辑和常识性错误。例如，从低能的无线电、微波、红外线、可见光到高能的紫外线、X射线和伽马射线，任何电磁波都可以看成是由光子组成的。宇宙中的光子含量远高于原子，二者比例大概是10亿比1，因此，宇宙算得上是一个光子的海洋[7]。说宇宙中有个“光子带”，就好像说“大海里有个超级湿润地带”一样，显然逻辑不通。

昴日星官

或许有人会吐槽说，就算宇宙中到处都是光子，也不见得光子都会均匀分布，说不定昴星团周围真的有一个甜甜圈区域，里面集中了大量光子呢？说到这里，就必须要介绍一下被无辜拉过来当主角的昴星团了。

在中国的传统文化中，昴星团属于二十八宿中的昴宿，也就是西游记里昴日星官的势力范围。这是北半球能够用肉眼看到的最显眼的一个疏散星团，一般大约可以分辨其中的7颗星，因此在希腊神话中，它又被称为7姐妹。实际上，昴星团可能包含了超过1000颗恒星[8]，听起来很惊人，但它不过是银河系众多疏散星团中普普通通的一员。

银河系中大约有数千亿颗恒星，数量是昴星团的几亿倍，总质量是昴星团的几十亿倍。银河系的直径大约是10万光年，比昴星团大几千倍。无论从那个方面看，太阳都没有理由绕昴星团转动。实际上，太阳和昴星团，以及银河系里的其它恒星都在绕银河系中心转动。

那么，光子可不可以绕昴星团转动呢？

光子想转圈，还得靠黑洞

打开手电筒，一束光子就会以光速笔直地射出来。科学家已经通过实验证明，想要让光在真空中停下来是不可能的，甚至连改变光的速度都不可能做到。光子始终只能以光速向前运行，但这并不意味着光就不会拐弯。

要想让这些宇宙中最快的信使拐弯，形成闭合的甜甜圈形状，只有一种天体能够做到，那就是引力无比强大的黑洞[9]。按照爱因斯坦的广义相对论，光子经过黑洞附近时，会偏转一定角度；离黑洞越近，偏转的角度越大；当光子越来越靠近黑洞表面时，在某一个特定的距离上，会绕着黑洞旋转上很多圈。如果在这个距离上刚好存在大量光子，倒确实可以形成一个类似甜甜圈的“光子带”。

【在黑洞周围的恰当距离上，光子确实可以受到黑洞引力的弯曲而环绕黑洞运行，形成一个类似“光子带”的结构。但这无法“解释”传说中地球可以从中经过的昴星团光子带。图片来源：educatedearth.net。】

根据广义相对论，“光子带”的半径r跟黑洞的质量M成正比。举例来说，如果一个黑洞的质量跟太阳相当，它形成的光子带半径就只有4千米。再比如，天文学家认为，银河系中心应该存在一个超大质量黑洞（其实每个星系中心几乎都有黑洞存在），质量大约是太阳的400万倍。如此巨大的黑洞，能够形成“光子带”的距离又是多少呢？算一下就知道，不到2000万公里——比较一下，地球到太阳的距离就有1.5亿千米。

可是，昴星团到太阳系的距离大约有400光年，要想让太阳从所谓“昴星团的光子带”中穿过，它的半径就得达到400光年才行！也就是说，必须把10^45千克(10的45次方，也就是1后面跟45个零）的物质收集起来，形成一个超级黑洞。但是太阳大约是10^30千克，银河系所有物质加起来，也不过是太阳质量的1万亿倍（10^42千克）[10]。要想形成所谓的“光子带”，恐怕还得再收集1000个像银河系一样的星系，并把它们全部塞入昴星团周围半径几百光年的狭小区域中才行。

果真如此的话，会遭遇到灾难的恐怕就不会只是小小的地球，连整个银河系甚至周边的其他星系，都要在劫难逃了。但事实上，我们仍然能够看到昴星团，就是那里根本不存在如此巨大黑洞的一个明证。显然，用黑洞俘虏光子形成光子带来“解释”传说中昴星团周围的光子带，是行不通的。

昴宿六年富力强，不会爆发

既然围绕昴星团旋转的光子带不可能存在，那有没有可能某一时刻恰好有大量光子从昴星团发出，形成一个以光速向外扩张的光子密集区域，恰好在2012年经过地球呢？恒星级天体突然释放出大量光子的现象确实存在，最典型的就是超新星现象。超新星并不是新出现的星，而是原先存在的恒星发生的剧烈爆炸。

昴宿六是昴星团中最亮的一颗星，质量大约是太阳的6倍，半径是太阳的10倍，发出的光是太阳的2400倍[11]。按照恒星演化理论，恒星形成之后，主要依靠核心以氢的聚变来发光发热，这一阶段恒星的状态会比较稳定，昴宿六就正处在这个年富力强的阶段。

当氢燃料消耗到一定程度之后，恒星内部开始进一步聚变形成更重的元素，于是温度升高压强增大，迫使恒星的外壳向外膨胀。以昴宿六为例，很久很久以后，它会缓慢地膨胀成一颗红超巨星，然后再经过很长一段时间，才可能发生爆炸，形成超新星。可是，现在昴宿六的脸蛋还蓝着呢，所以我们不必杞人忧天。

【超新星爆发也能在短时间内释放出大量光子，以光速向外传播，形成一个光子密集的球壳。但昴星团中的昴宿六正值壮年，不可能突然发生超新星爆炸。图片来源：manabrau.deviantart.com。】

相比之下，猎户座左上角的参宿四正是一颗红巨星，可能不久以后就会爆发，据说会形成一颗亮度像满月一样的超新星——这也成了2012年地球会遭遇灾劫的一种说法。只不过，天文学意义上的“不久以后”，并不是指明年，而是指最近10万年内[9] 。果壳网谣言粉碎机还专门针对参宿四写过一篇文章： 2012年，参宿四会爆炸吗？

再退一步说，即使有一天昴宿六真的爆发了，也不需要为之担心。天文学家认为，距离25光年以内的超新星才会对我们产生致命影响[12]。随着距离的增大，可以想象这种影响至少会呈平方反比规律衰减，再加上被宇宙尘埃反射和吸收，相应的影响会进一步削弱。400光年远的昴宿六，完全处在地球的超新星爆发安全距离以外了。

因此，所谓“地球磁场崩解”、“白天变成黑夜”、“精神能力提升”，完全是无稽之谈。超新星爆发所释放出来的高能光子和人为制造的X射线、伽马射线没有本质区别。既然相信沐浴在高能光子中能使人拥有“肉体及精神上的一些潜能”，两位作者为什么不亲自去实验室给大家演示一下呢？

【结论】：谣言破解。如果真的有这么一种厉害的光子带，即使地球没有掉进去，也会有别的天体或物质与它发生相互作用，天文学家早就应该看到了。可是，没有任何观测证据或理论支持这种说法。无论从哪个方面看，“光子带”的谣言都站不住脚。

参考资料：

[1]http://www.douban.com/group/topic/1596457/

[2]http://baike.baidu.com/view/206010.htm

[3]http://en.wikipedia.org/wiki/Photon_Belt

[4]Virginia Essene and Sheldon Nidle - You are Becoming a Galactic Human (Santa Clara, CA: Spiritual Education Endeavors Publishing Company, 1994) (ISBN 0937147087).

[5]http://www.sharefoundationnetwork.com/readings.htm

[6]http://www.paoweb.com/bio.htm

[7]任何一本宇宙学教科书都有介绍

[8]http://book.douban.com/subject/1922891/ 312页

[9]http://news.xinhuanet.com/tech/2008-05/29/content_8273876.htm

[10]Adams, Joseph D.; Stauffer, John R.; Monet, David G.; Skrutskie, Michael F.; Beichman, Charles A. (2001), The Mass and Structure of the Pleiades Star Cluster from 2MASS, The Astronomical Journal, v.121, p.2053.

[11]http://stars.astro.illinois.edu/sow/alcyone.html

[12]http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2010/06/01/is-betelgeuse-about-to-blow

“2012年12月21日，地球、太阳和银河系中心的巨大黑洞将连成一线，黑洞强大的影响力将与太阳叠加，给地球带来难以想象的灾难。”天文学家已经证实，银河系中心确实存在一个质量超过太阳百万倍的超大黑洞，它真的会把地球撕裂吗？

【流言】：1、“2012年，地球、太阳系和银河系的大黑洞连成一线，根据科学计算，三者连成一线需要25700年，当三者对齐时，地球磁场一定会受到强烈的影响。”2、“2012年12月21日那个时刻，地球、太阳、黑洞三者成为一条直线，后面黑洞的威力影响着太阳，使太阳如何如何。”

【真相】：所谓的“银河对齐”或排列，只是一些迷信人士出于真诚或无知附会在玛雅文化上的误解，把“银河系中心黑洞”这个现代知识嫁接给古玛雅人而编造出来的谣言，随后被以讹传讹，越来越夸张。

几个基本概念

银河：指在晴朗没有光污染的夏季夜空，我们肉眼可以看到星空中明显的“光带”。当然，随着城市光污染的加剧，很多人没有见过银河。

银河系：我们太阳系所在的盘状恒星集体，其中至少有2千亿颗恒星。在形态分类上，银河系是一个棒旋星系。

银道面：通过银河系中心，与银河系自转轴垂直的（无限大）平面。这是银河系的一个平均平面。

银道：银道面与天球相交的大圆。

【在远离城市光污染的地方，晴朗的夏夜可以看见壮丽的银河，最明亮的中心区域位于人马座方向。图片来源：TWAN。】

我们的地球围绕太阳运动，从我们地球上来看，太阳在天球上投影称为黄道。换句话说，黄道也是从太阳的位置看地球的运动轨迹。

太阳是银河系中一颗比较普通的恒星，位于银河系的“郊区”：银盘直径约10万光年，核心区直径约1.2万光年，太阳离中心2.6万光年。在北半球夏季的时候，地球位于太阳和银河系主体之间，因此夏季才能看到横贯夜空的壮观银河。

太阳也围绕银河系中心运动，围绕一周的时间约2.25～2.5亿年。太阳的轨道速度约217公里/秒。不过太阳并不是简单地绕转，而是同时伴随着在银道面垂直方向的运动，上下起伏，目前太阳正位于银道面上方约112光年。

三点一线不容易

三点一线，这就是我们军训时打靶，理论上实现起来并不困难，实际上却经常脱靶。首先，银河系的中心到底在哪，这一点并不确定。目前天文学家观测认为，人马座A*是银河系中心的黑洞所在，它的坐标是赤经17h45m40.04s，赤纬-29°00′28.1″。拿任何一张星图来看，我们就会发现，黄道位置总是在赤纬-25°以北。

这就是说，地球、太阳和银河系中心的黑洞，至少在目前若干年内，不会出现三点一线的局面。虽然12月太阳进入人马座，离人马座A*很近，但毕竟还是要差上几度。按照银河系中心到太阳的距离，偏了这么几度的话，实际偏差的尺度距离就要达到上千光年了。

【黄道（绿色）和银道（紫色）的交点根本就不是银心，因此太阳和地球决不会与银河系中心（箭头所指）三点连成一线。图片来源：scienceblogs.com。】

退一步说，就算看起来真的“三点一线”了，也不能说地球就被黑洞“瞄准”了，因为我们还得考虑“时间”这个因素。太阳在绕着银河系做圆周转动，速度高达217公里/秒，1400年就跑开1光年，并且它还在银道面上下玩跷跷板。若是银河系中心的黑洞开始发飙，不论是辐射还是引力，传播到地球都需要2.6万年。在这段时间内，太阳带着地球早就跑开近20光年，又脱靶了！

超级黑洞可怕吗？

“三点一线”并不能说明灾难从何而来，于是有些谣言传播者开始寻找科学“依据”，其中一则还煞有介事地引用了上海天文台沈志强博士对人马座A*的观测结果，宣扬这个黑洞“将对地球乃至整个太阳系产生重大而深远的影响”。

虽然没有明说到底会是什么影响，但是对于基本上都是电中性的天体来说，能够在天文距离上仍然发挥效用的，就只剩下引力这一种作用力了。作为死理性派，我们不妨来算上一算：

沈志强博士在一篇综述文章中指出，根据他们利用VLBI（甚长基线干涉仪）进行的观测，人马座A*目前只有用存在超大质量黑洞才能解释。黑洞的质量下限为40万倍太阳质量，上限可达到400万倍太阳质量。我们不妨取个上限，按400万倍太阳质量来计算。

【银河系中心有一个质量约为太阳400万倍的黑洞，也就是箭头所指的人马座A*。图为钱德拉X射线天文台拍摄的银心X射线图像。】

我们知道，引力作用除了与天体质量成正比以外，还与距离平反成反比。太阳距离我们大约是1.5亿千米，光走8.3分钟即可抵达。银河系中心距离我们则是2.6万光年，是太阳距离的16亿倍。代入万有引力公式，我们可以计算得到：太阳作用在地球上的引力，是银河系中心超大黑洞作用在地球上引力的——6700亿倍！

换句话说，尽管银河系中心的黑洞看起来无比庞大，但由于实在距离太远，它作用在地球上的引力，大约只有太阳在地球上引力强度的万亿分之一。就算2012年12月太阳、地球和这个超大黑洞真的连成一线，也只不过是在地球平常所受的太阳引力上叠加了万亿分之一，完全可以忽略不计。

会有其他影响吗？

在一些活动星系当中，中心黑洞会在吞噬物质的同时形成强大喷流，有的甚至长达几百上千光年。但银河系并不是一个活动星系，中心的超大黑洞已经平静了许久。再退一万步说，即使银河系中心黑洞有一天重新活跃起来，这也跟太阳和地球是否与它连成一线毫无关联。毕竟，太阳只是银河系中2千亿颗恒星中的普通一星，不可能对整个星系中心的黑洞指手划脚。

【结论】：2012年冬至，所谓地球、太阳、银河系中心黑洞“对齐”这种现象根本不会发生。银河系超大黑洞对地球的引力影响，与太阳相比的话，也微弱到了完全可以忽略的地步。假如把“银河系中心黑洞”换成“人马座”，这种对齐每年都会发生，是最平常不过的事情——2012年也不会有什么不同。

参考文献：

1、 百度贴吧谣言贴

2、 NASA太空生物学网站关于2012问答

3、 维基百科“黄道”（中文）

4、 维基百科“银道坐标系”（中文）

5、 沈志强《银河系中心超大质量黑洞》，《物理》杂志（中文）

6、 维基百科“银河系”

Sheldon 的老妈再次驾临洛杉矶。作为一名正常的老妈，Cooper 夫人想趁机好好地逛一逛洛杉矶。作为一名超常的儿子（没错，“正常”的反义词不一定就是“反常”），Sheldon 却想拉她一起去听索尔·佩尔穆特（Saul Perlmutter）的演讲。

佩尔穆特（Saul Perlmutter）是今年的诺贝尔物理学奖得主之一，他和布莱恩 · 施密特（Brian Schmidt）及亚当 · 里斯（Adam Riess）通过观测遥远星系中的 Ia 型超新星爆发 （参见下图） ，发现宇宙并非人们之前认为的那样正在减速膨胀，反而是在加速膨胀。如果你想知道这项研究有什么深远影响，请看 果壳网 2011 年诺贝尔科学奖（及搞笑诺贝尔奖）系列文章 之 2011 年诺贝尔奖物理学奖：宇宙加速膨胀完整图文解读.

不过， Sheldon 可不是去捧场的，他想让佩尔穆特当场下不来台。考虑到老妈是一名虔诚的基督徒， Sheldon 邀请她参加演讲时体贴地提醒说：“ He will be stating that the universe is older than 6,000 years, but I thought you could stick your fingers in your ears and hum‘Amazing Grace’during those parts. ” 翻译成中文就是：“ 他［指佩尔穆特］会说宇宙比 6000 年更加古老，不过讲到这几段时，你用手指把耳朵堵起来，哼唱‘奇异恩典’这首基督教圣歌就好。”

【2005 年美国宇航局雨燕卫星发现的 Ia 型超新星 2005ke 。上图分别为光学（左）、紫外线（中）及 X 射线（右）波长范围观测到的图像。（来源：NASA / Swift / S. Immler ）】

年龄问题：天文学家喉咙里的一根刺

6000 年这个数字可不是 Sheldon 随口瞎编的，而是确有出处。直到 20 世纪初，英王钦定版《圣经》的 “创世纪” 章节的栏边注解中，还赫然印着上帝创造我们这个世界的日期——确切来说是时刻：公元前 4004 年 10 月 23 日星期天夜晚来临前的那个傍晚。这是 18 世纪爱尔兰圣公会主教詹姆斯 · 乌舍尔（James Ussher）在《圣经》中所记载的族谱的基础上进行了复杂计算，从一些历史事件发生的时间倒推出来的。照这么算来，上帝创世距今真的不过才 6000 年挂零而已。

或许在当时的人们看来，好几千年的历史对于这个世界来说似乎已经足够悠久。然而没过多久，地质学就找到了证据，表明地层沉积所需的时间远远超过千年量级；达尔文提出的进化论更是对《圣经》中记载的族谱提出了质疑。越来越多的证据表明， 6000 年远远不够形成我们这个世界。到了 20 世纪初，这个日期终于从那个版本的《圣经》中被删去。

【18 世纪爱尔兰圣公会主教詹姆斯 · 乌舍尔（James Ussher）以《圣经》中记载的族谱为基础，结合历史事件发生的时间推算得出：上帝创造我们这个世界的日期是在公元前 4004 年 10 月 23 日星期天夜晚来临前的那个傍晚。上图为当时发表乌舍尔推算结果的《旧约记事，从创世之初推断起》（Annals of the Old Testament, Deduced From the First Origins of the World）。（来源：wired.com）】

在天文学历史上，类似的年龄问题其实并不罕见。 19 世纪末，天文学家还不知道太阳的如何发光发热。假设太阳就像一颗燃着的巨大煤球，通过物质燃烧这样的化学反应来发光发热，那它最多就只够燃烧几百万年。而地质学证据早已经断言，地球的年龄至少有上亿年了。太阳反倒比地球还要年轻，这让科学家如鲠在喉。直到很久以后，科学家发现为太阳提供能量的是核心处的核聚变，氢燃料足够太阳照耀上百亿年，这根“刺”才被咽了下去。

加速膨胀：让宇宙年龄再古老一些

不过，一波未平一波又起。哈勃发现宇宙膨胀之后，将星系彼此远离的膨胀速度逆着时间倒推回去，便可以推算出宇宙年龄。

1933 年 9 月，大科学家阿瑟 · 爱丁顿爵士（Sir Arthur Eddington）在英国科学促进会举办了一场关于宇宙膨胀的演讲，提到宇宙出现于 “不超过 20 亿年前” 的某一时刻。这一估算还没有考虑到引力对宇宙膨胀的减速作用，如果算上引力的话，宇宙年龄可能更短， “比方说只有 10 亿年” —— 而在当时，人们已经知道地球至少有 30 亿岁了！天文学家再次被郁闷到了，这一次似乎轮到宇宙本身比地球更加年轻了。

问题出在天文学家对星系距离的测定上——当时的测距方法大大低估了星系的距离，由此推算出的宇宙年龄自然也就被低估了。到上世纪 50 年代，随着对距离测定方法的进一步改进，宇宙年龄终于如天文学家所愿那般比地球年龄更加古老了。 （不容易啊……）

【几种不同的宇宙模型。其中，宇宙加速膨胀模型（最右）的研究获得了 2011 年诺贝尔物理学奖，这在某种程度上更是加长了对宇宙年龄的估算。（编译自 Adam Reiss / Hubblesite.org）】

今年，2011 年诺贝尔物理学奖的获奖研究发现了宇宙在加速膨胀，这在某种程度上更是加长了对宇宙年龄的估算（死理性派可以开动脑筋想想为什么）。结合包括宇宙加速膨胀在内的所有宇宙学观测数据，天文学家如今已经将宇宙年龄限定在了（137.3 ± 1.2 ）亿年的范围之内，比已经观测到的所有天体都更加古老，当然也比出自《圣经》的 6000 年古老太多了。（嗯，天文学家终于可以松口气了……）

对于理论物理学家 Sheldon 来说，佩尔穆特凭借观测成果拿到今年的诺贝尔物理学奖，显然太过 “儿戏” 了。难怪他坚持要去听演讲，好提些问题让佩尔穆特答不出来。不过，佩尔穆特的好心情估计不会因 Sheldon 的刁钻问题而受到影响，因为他终于凭借诺贝尔奖，拿到加利福尼亚大学伯克利分校的永久停车位了！

【2011年诺贝尔物理学奖得主，索尔 · 佩尔穆特展示他在加利福尼亚大学伯克利分校永久停车位的证书。（看他笑得那么开心，加州大学伯克利分校的停车位是有多难抢呀 -_- | | | ）】

不知道 Sheldon 有一天拿到诺贝尔物理学奖时，最让他开心的会是什么事情，反正肯定不会是获得永久停车位——他连驾照都没有嘛……

原文发表于果壳网 文艺科学主题站 《TBBT.S05E06：宇宙年龄 6000 岁？》

特别推荐

• TBBT.S05E05：双手握柄？谢耳朵拿错了雪诺的剑！
• TBBT.S05E04：上帝粒子在哪里？
• TBBT.S05E03：“鹰”已着陆！

　　乍看上去，“广州下雪”似乎和“太阳从西边升起来”一样，是件匪夷所思的事情，不过史书上并不乏此类记载。根据杨宝霖所撰《广州地区下雪考略》一文，近千年来广州地区并不乏降雪记录，甚至直到19世纪末，广州几乎每几年就能下一次雪，其中1893年1月广州连日大雪，平地积雪接近10厘米。东莞诗人何鲲曾诗云“……乙未腊月廿一夜，打窗淅沥随风下，千门万户敞凌晨，青年皓首群相讶。初疑罗浮春已催，千树万树梅花开，又疑五月木棉熟，南海庙前飞雪来。子夜飘摇日中止，鸳瓦平沟屐没齿。儿童戏弄范以模，手掬瑶璠仙门里。人尽冰衔在玉堂，蛎墙龙户生辉光，沉香浦冻珠成海，白云山拥玉为冈……”描绘了广州下雪时的景色，让人颇为神往。

　　不过在20世纪以后，全球开始进入一个明显的暖期，类似的记载也大幅减少。根据《广州气候概况》一书介绍，二战以后广州站仅在1967年12月 29日有过降雪报告。然而，鉴于气象站观察范围毕竟有限，可能会有局部降雪的情况被漏掉。最近十年来，网络上有过报道的广州局部降雪现象主要有2003年 1月6日及2005年3月13日两次，其中被广泛报告的是2003年1月6日的降雪事件，根据《新快报》报道，目击者甚至有一名市气象局的工作人员。根据我通过当时的地面及探空资料考证，2003年1月6日广州市区局部降雪很可能是真实存在的，但2005年3月13日则不太可信。

　　大家都知道雪是0摄氏度以下的固态降水，但降雪则不一定要在0摄氏度以下才能发生。比如说12月15日杭州大雪，地面温度为2-3摄氏度，但探空资料显示100米以上高度的气温都在0摄氏度以下，雪来不及融化就已经到达地面，因此可以观察到降雪。

【2010年12月15日8时杭州站探空资料，香港科技大学提供】

　　不过，对于南岭以南的地区来说，情况就略微复杂一些。以广州为例，首先冬天地面温度降到4摄氏度以下的情形一般都是大晴天带来的辐射降温所造成，就好像不盖被子会冷得更快一样；很少会出现“盖被子”的同时温度又很低的情形；第二点，也是最重要的一点，就是在冷空气来临的时候，低空一般都会有个逆温层，这是由于较重的冷空气将较轻的暖空气抬起而形成的，和水能把锅底的油顶起来一个道理。这一层的温度甚至比地面还要高，因此雪到这一层的时候一般就已经融化了，当然看不到降雪。一个极好的例子是2008年冰灾时期，低空逆温层的温度甚至比地面还要高5-10摄氏度。如果这时候近地面的温度要低于0摄氏度，我们可以想象一下这会造成什么有趣的效果：高空纷扬的雪花在逆温层里全部融化，变成了雨，之后它们来到了近地面的低温层，但低温层并不够“深厚”，因此它们无法重新变成雪，结果就会形成很恼人的——冻雨，它们如同鼻涕虫一样黏到任何物体以后立即化成了冰——从电线到庄稼——这才是让2008年冰灾成 “灾”的罪魁祸首。北方的朋友之所以少受冰灾困扰，是因为暖空气在北方势单力薄，很难形成足够强大的逆温层而造成冻雨的出现。

【2008年2月3日广州平远站的探空资料，香港科技大学提供】

　　现在再回到我们的问题：什么情况下广州会下雪。我们已经注意到，广州市区冬季的地面气温在过去60年中从未低于0摄氏度（最低记录在1999年 12月23日创下，恰好为0摄氏度），而且冬季的降雨基本上常常伴随着低空逆温层出现。不过这并不表示广州下雪的概率微乎其微。恰恰相反，我们不妨比较一下2003年1月6日20时和2010年12月16日8时（撰稿当日）时广州平远站的探空资料。首先我要提醒一下，各位要把前者的探空曲线向左平移一些，因为当天的最低气温是在中午创下的，飞雪也是在中午被观察到的，而中午并没有探空资料。我们会注意到，在925百帕亦即700米高度附近，在逆温层的下方，有一处区域是小于0摄氏度的。当天的水汽非常充足（左边那条表示露点的蓝色曲线几乎与右边那条表示气温的红色曲线重合），因此不排除某些“运气较好” 的雨滴在这里变成了雪花，而在地面被观察到。由于当天的飞雪报告数量众多而且有些来自于专业人士，我们可以断定下雪事件是比较可信的。现在再让我们来看看 2010年12月16日8时的探空资料，可以注意到在950到850百帕亦即500-1500米高度的气温都小于0摄氏度，所以说降雪条件优于2003年 1月6日，遗憾的是这天水汽供应不够充足，因此甚至连雨都没有下几滴。有兴趣的朋友不妨比较一下2010年12月15日湖南省郴州市由雨转雪的过程以及它和近地面气温及水汽的对应关系（资料未给出），当天郴州在2摄氏度左右时便已经开始下雪。

【2003年1月6日20时广州平远站探空资料，香港科技大学提供】

【2010年12月16日8时广州平远站探空资料，香港科技大学提供】

　　雪在北方稀松平常，但在广州追雪，却是件刺激而又有趣的事情：我们既可以悠然自得地等待那一份惊喜，也可以选择主动出击，通过各种各样的征候来揣测大自然的下一步棋。2003年1月6日的飞雪让许多人兴奋不已，下一次的降雪却也总是在触手可及和遥遥无期之间转悠着——尽管广州多年都没有下过一场真正意义上的雪。科学从根本上来说是很好玩的，不是吗？

【极为绚丽的极光】

作者：田小森

太阳迟暮，悬在地平线的尽头，光线由明亮到霞红逐渐褪散开去，夜色开始慢慢潜入，在包围整个天空后向大地投下阴影。在远离城市的地方，黑暗开始统领整个天空和大地，月亮升起前，这里一片漆黑。也许在此时的城市里霓虹初上，路灯和车灯沿着大道蜿蜒成光亮的长河，伙同着依然营业的商店中柔美的光线展现出一大片人造的繁华。但在这里，除了风轻轻拂过树叶和草地的唰唰声，还能进入你脑海的就只有微弱的星光和和抬头后巨大的夜空所带来的辽阔之感。

此时你身处北纬70°，无论是在哪个国家或地区，这样的纬度都让你更有机会和她近距离接触，而你现在所需要做的唯一的事情便是等待，等待一场盛大的演出。

闭上眼睛，默念一二三。张开眼，夜里的一切显得比刚才要清晰一点，只是天空中依然只有星光点点，慢慢注视，慢慢观察。渐渐的，天边开始浮现一点红色，这样的红色从远处山天相接的地方慢慢出现，像是落入清水的红墨水，颜色从内到外，由浓减淡，慢慢侵染这横亘的天空，红色的外层发出清晰的光，如丝带般轻轻将其内部晕染的色带缓缓包围，丝带随着律动的红光逐渐减淡，整个红光向着更高的天空飘动，如同柴火烧出的跳动的火焰，跃动而无法捕捉。红光向外延伸的颜色逐渐变向紫色，紫色的边缘由逐渐向着蓝色过渡，整个天空被繁复而有节律的色彩所充填，她的变幻让你无法揣测下一秒将出现何种的体态，也无法推知即将幻灭和更迭的色彩。你长大嘴巴注视，一秒也不想错过，而此时你所见所闻亦然不及其千万分之一的美。这就是极光，大自然造化的美与智的化身。

极光的出现在远古时代就引起了人类祖先的关注，种种关于她的传说和神话留传下来，对于她的美，人们总是无法停止追逐的脚步。

极光又叫做欧若拉（aurora）是一种在行星高磁纬地区大气中产生的彩色发光现象。对于这种发光现象，人们曾有多种的猜测和解释，但是那多半与鬼神有关，直到后来本杰明·佛兰克林提出：极光是浓稠的带电粒子和极区强烈的雪和其它的湿气作用造成的。才逐渐触及到极光本身的美，但他的理论也仅仅是涉及到了带电粒子的作用，关于极光更多更内在的美亦然需要进一步的探索。

要探索极光，首先要收集到尽可能多与极光相关的材料，她发生的时间、地点、大气条件，地磁环境和很多其它更细致的物理化学条件都有必要了解。

极光并非只发生在地球的南北两极，经历多年对极光的观测后，人们发现极光一般出现在地磁纬度60°~75°的高纬度范围内，这个区域通常又叫做极光区。而在此之后纬度越向赤道附近偏移，发生极光的可能性就越低。除了一些极端的情景下，中低纬度地区一般没有极光出现。极光下边界的高度离地面距离不到100公里，极大发光处的高度离地面约110公里左右，正常的最高边界则要再高出200公里左右，在极端情况下也可达1000公里以上。

极光的出现在时间上也并不像气候的变化那样有规律的四季更替，比如在加拿大的丘吉尔城，一年能有300多个夜晚见到极光，而在佛罗里达州，一年平均只能见到4次左右。在我国的漠河地区也能观看到极光，只是唯有在每年夏至前后9天左右的时间里容易看到，其余时间则很难有机会一窥其面目。

变化莫测的极光总是以其独特的方式吸引了众人的目光，由此对极光本质的探索也随着时间的推移继续向前，现代人用更先进的仪器和方式继续探索这由来已久的欧若拉。