极光（Aurora）以其瑰丽的色彩和流动的形态给人带来无穷的幻想。博闻多识的亚里士多德称为“天上的裂隙”（Chasms），北欧神话认为那是女武神们驰骋天际时铠甲反射的光芒，在中国传说中则是烛照极地临驭风雪的北国烛龙......它的名字虽然是罗马神话中的曙光女神，却是源自科学史上一次并不美丽的争论。

16世纪中期，哥白尼发表了日心说，但并没有立刻得到广泛的认可，甚至大天文学家第谷，作为那个时代最杰出的观测者，仍试图建立以地球为中心的体系，年轻的伽利略对此不以为然；但是第谷对1577年欧洲上空出现的一颗大彗星进行了细致的观测，得出与现代认识相近的结论，而伽利略则坚持亚里士多德的观点，认为那不过是大气造成的幻想。1618天空中又先后出现了三颗彗星，伽利略甚至都没有用他的望远镜看上一眼。由于之前宣传日心说受到教会的警告，他便以学生Mario Guiducci 的名义出版了一本小册子——“关于彗星的对话”（Discorso delle comete），系统地驳斥第谷的观点。在这本书中，他称极光为“北国的曙光” （“boreal aurora”），意在强调说它同曙光一样，都是大气散射的阳光，而彗星也是如此云云。1621年在极地旅行的法国科学家 Pierre Gassendi 用拉丁语记录下他看到的美丽景象，称作 “aurora borealis”，后来英国的库克船长在南极圈中也意外看到了同样的奇观，于是又有了“aurora australis”（南极光）。极光的名字就这样叫开了，但没人知道这美丽来自何方……

1790年，英国著名的物理学家卡文迪许用三角测量法定量估计了极光的高度，发现它属于100公里左右的高空，但这个正确的结果并没有给问题提供太多帮助，当时载人热气球刚刚出现（即使在今天，开放式热气球最多也只能升到1万米的高空），没人知道那么高远的地方有些什么。19世纪，光谱仪的出现让停滞多年的研究终于有了进展。瑞典天文学家埃格斯特朗（Ångström）在分析太阳光谱之余，第一次将光谱仪对准了极光，发现那并不是色散的连续谱，而是明显的发射谱。1896年挪威的物理学家Kristian Birkeland 给出了一个物理解释：高能带电粒子被地球磁场捕获，进入大气激发气体分子发光。他设计的精彩实验给公众留下了深刻的印象，但为技术水平所限，直到上世纪六十年代才终于被卫星观测证实。

虽然极光的许多细节仍有待研究，但基本物理过程现在已经基本清楚了。地球始终侧对太阳，但从外太空进入地球的高能带电粒子并不会直接穿透地球磁层进入大气，它们只能沿着地球的磁力线做螺旋运动，这样大部分粒子就被输送到两极，与那里的大气分子碰撞，形成极光。在太空中能看到极光的顶部有着暗红色的辉光，那是进入大气边缘的质子流捕获自由电子变成氢原子时发出的Ha 线，波长656.3nm，进入到150公里处，便到了电离层，那里大气仍然十分稀薄，大量氧原子被激发到亚稳态，从而产生了禁戒跃迁，从1D能级跳到1S，发出波长为557.7nm的绿光，如果从3P跳到1D，则会发出波长为630和636.4nm的红色双线，这就构成了极光最常见的两种颜色。

因为带电粒子被束缚在磁力线上，所以极光不会遍布整个极区，而是集中在磁纬67度附近的环形区域中（以北极光为例，北极点附近的地磁南极在西半球，北纬79度，西经71度，所以在加拿大可见极光的纬度要比北欧诸国低了大约20度），这个区域又在强劲太阳风的冲击下收缩成卵形（auroral oval）。通常在中低纬度地区是看不到极光的，但在太阳活动强烈的时候，地球磁场受到大量高能粒子的扰动，就有可能造成极光的猛烈爆发。先秦古籍《竹书纪年》中就有这样的记载：“周昭王末年，夜有五色光贯紫微。其年，王南巡不返。” 生活在黄河流域的先民是否真的经历了如此强烈的爆发，抑或只是司天太史的穿凿附会？太阳的活动以11年为周期，我们可以在现代的记录中寻找佐证。1898年9月9日，欧洲发生了极光暴，连罗马都看见了血红的天光。而1989年3月13日的魁北克极光暴甚至延伸到了佛罗里达和古巴，那么在西安看到极光也不是没有可能。不过我们不必期待这样罕见的爆发，有另外一种途径可以领略这些天外的的色彩，那就是流星～

在许多照片中，流星都拖着黯淡的绿色尾迹出现在半空，瞬间又变成红色，然后发出耀眼的黄白色光芒，再像燃尽的火柴一般消失在茫茫的夜色中……熟悉的颜色暗示了相同的物理过程，那些其貌不扬的灰暗岩石在刚进入地球大气层时，并没有受到太多阻碍，进入稀薄的电离层，就像粒子打入云室，诱发了亚稳态氧原子的跃迁。在地球引力的作用下，流星体的坠落速度越来越快，而大气密度迅速增加，摩擦产生了大量的热量，岩石开始熔化，其中所含铁、钠、镁等金属元素剧烈燃烧发出耀眼的强光。有些流星还会产生被称作“久现流星余迹”（persistent train）的残痕，因为含有钠元素而呈现黄色，在高空的气流扰动下不断改变形状，最终消散。

但是流星和极光的联系并不仅限于此，它们的声音也被认为有着共同的起源，不过那就是另外一个故事了……

参考资料：
1、曙光女神 Aurora —極光
2、GUIDE TO THE AURORA
3、Secrets of the Polar Aurora
4、Color of photo meteor trails
5、Meteor Wake in High Frame-Rate Images
6、Kristian Birkeland saw the lights
7、太阳风暴事件表
8、meteorobs: trails, trains

科学编辑：shea

文字编辑：吴鸥

特别提示：下文中所有字体加粗部分的说法均为不正确说法。

一 星座的误解

前不久，在一次旅行的途中，一位哥们问我：“奥运会以后被命名为‘北京奥运星’的小行星是在金牛座，那金牛座离我们有多远啊？”

听到他的这个问题，我一下子不知道从哪讲起才好了。我告诉他说，星座只是人为划分出的星空区域，并没有远近的概念。

（图一：日本太空美术家加贺谷穣笔下的黄道十二宫之一天秤座）

人眼对于超出1200米远的物体已经难以分辨远近（这是理论计算，肯定有人对数字有异议，但远也远不到哪去啦），又何况是以光年为单位计量距离的恒星呢？一个星座里的天体，你分辨不出远近来，但它们可以是我们太阳系内的，也可以在银河系内（我们肉眼看到的大部分恒星应属这一类），还可以远在银河系之外！“北京奥运星”被发现时正好运行到了金牛座的范围内，这本身并不能说明它距离我们有多远。但是，既然它是小行星，那么小行星大多数是位于火星和木星之间的小行星带的。

这哥们听了我的一番解释，又问了一个问题，再次把我雷住：“星座一共有12个吧？！”我有点抓狂地说：“谁告诉你的啊？？”俺心里面明白，12个数字一定是来自所谓的“星座运程”。其实呢，星座有88个啦。古代的人们晚上没有电视看，就琢磨天上的亮星连起来像什么形状，这就是星座的起源。不同的文化里有不同的划分方法。后来国际天文学联合会（IAU）明确规定出把全天划分为88个星座。

还有很多人误以为，天鹅座就是连成天鹅形状的那几颗星星，大犬座就是构成狗的形态的那几颗星星……但实际上，星座都有严格的边界，构成图案的只是其中的亮星而已，它们之间的关系就好像是枕巾和枕巾上的小熊。

“星座运程”中的12个星座，都是黄道所穿过的星座。不过，如果有人以为，黄道星座就完全对应于“黄道十二宫”（有的天文科普书上甚至都会这样讲），那就错了。黄道所穿过的星座其实不是12个，而是13个，比黄道十二宫多出一个“蛇夫座”。另外，星座运程中的“处女座”在天文上有不同的叫法，叫做“室女座”，“水瓶座”则被叫做“宝瓶座”。

二 流星雨的误解

最近又到了狮子座流星雨的极大期了。不过说是“极大期”，今年肯定是不会怎么大了（今年极大期见月亮又很大，把人眼都晃了，看来是看不见什么了）。最壮观的一次发生在2001年，星陨如雨。当时我在北京箭扣长城上，冒着寒风看了整整一夜。11月中旬，刚刚下过雪，我们10个人，一个帐篷能挤下四个人，此外还有两个睡袋——也就是说，任何时候，我们都有四个人在外面冻着！但那次是值得的，一辈子都不会再看到那么多流星了。下一次那么壮观的流星雨不会早于2097年到来（90后们还有希望看到！）。（图二：很多媒体在报道流星雨时会配发这样的图片，其实它与流星雨毫无关系，它表现的是地球自转引起的恒星周日视运动。用相机朝着北极星附近连续曝光几十分钟即可得到类似效果。）

关于流星雨，人们也有一些颇为广泛的误解。我在2002年曾专门发表过一篇题为“你误会流星了吗？”的文章（《太空探索》2002年第8期），澄清有关流星的十大误解。下面摘录常见中的常见：

流星要用望远镜看

流星在天球上是随机分布的，我们无法预测下一颗流星将在什么时候、什么方位出现。因此，我们所能观察到的天区越大， 我们见到流星的几率就越高。

望远镜在将远处的物体放大的同时也将你的视野加以了限制。从这点看，如果你用望远镜来观赏流星雨的话， 只能是事倍功半。事实上， 目前流星观测者观测流星的常用方法有三种： 目视、拍照、摄像。除非特殊要求，没有谁会用望远镜去将流星得“看得更清楚”，那样做唯一结果就是你难睹芳容。

所以，请告诉你那些想看流星雨的朋友们： 你们的双眼就是最好的帮手。

流星雨时流星多得像下雨

很多人都这样想当然地认为。以至于兴致勃勃地去看流星雨，然后又在“这就是流星雨?”的疑问声中意兴索然地打道回府。因为他们发现实际的情况很可能是几十分钟还见不到一颗流星，哪里有什么“雨”的味道！

其实，“流星雨”强调的不是观测到的流星在数量上的多寡，而是产生它们的流星体的共同性——出自同一母体、空间运动方向基本相同。天文学家告诉我们，对于较大的流星群，每小时流星数量也只不过几十颗，而一些规模较小的流星雨可能甚至在高潮时每小时也只有一两颗流星。每小时几千颗流星飞落的场面在人类有文字记载的历史上也是十分罕见的（2001年，我们见证了历史），每个世纪充其量有两三回。

如果你认为流星雨就是漫天飞星、目不暇接的话，流星多半会让你失望的，观赏流星雨还需要一颗平常心。

流星雨几点到几点？

是不是经常听到有人这样问：晚上几点钟有流星雨?这无疑是对流星雨暴发机制不甚了解的表现。

几乎所有的流星雨都是彗生流星雨，即产生流星雨的流星体群来自彗星。当彗星接近太阳时，彗星物质在太阳光和热作用下迅速蒸发、汽化、膨胀，并最终喷发出彗尾。彗星喷发过程中在空间留下很多的小颗粒，这些小颗粒离开母体彗星后仍然沿着彗早的轨道绕太阳运行，只是与母体彗星拉开了一定距离。当地球运行到与流星体群相遇，流星体较集中地进入大气层燃烧发光，就产生了流星雨。

一次流星雨的活动期短则几天，长则数月。这取决于产生流星雨的流星体群在空间的弥散程度。比如室女座流星雨的活动期就很长，从1月25日一直持续到4月15日。

那么我们经常在媒体上看到预报说“某某座流星雨发生的时间是几点几分”又是怎么回事呢?其实，这里的几点几分并不是说流星雨只在这一时刻发生，而是指流星雨的高潮时刻，即每小时天顶流量达到最大时。了解了这一点，也许会弥补一些你因错过流星雨高潮而产生的遗憾，因为在高潮后的一段时间仍然会有流星期待你的目光，只不过相对高潮来说数量较少而已。

（未完待续）