美国阿拉斯加熊湖附近的极光

中国极光观测指南

美国阿拉斯加熊湖附近的极光

编者按:本文将以“在国内观测极光”这个问题为侧重点,利用问答的形式,解释极光的概念、监测和预报等内容。有关实时极光监测报告以及短期预报,请移步至本站的极光监测与预报页面。

上次更新:2011-12-18

看极光需要哪些条件?

  简单来说就三条:1、足够强的地磁活动;2、你处在一个足够高的磁纬;3、天气足够晴朗。

什么是磁纬?它和地理纬度有什么不同?

  我们都知道一般说的地理纬度:赤道是0度,北极是北纬90度,南极是南纬90度,等等。然而,地球的磁极和地理的南北极并不重合。就目前而言,地球的南磁极在加拿大北部(注意是磁极在北极附近),北磁极也不严格在南极点上,造成的结果是极光圈并不是以地理极点为圆心的同心圆,而是“歪着的”;某些地区的低纬度更容易看到极光。

  或者我们打个比方,在某9层的公寓楼里,有个吵起驾来声音特大的大妈住在5楼,只要她一咆哮,上下各2层楼(也就是3、4、5、6、7楼)都能听到。现在假设由于某些原因她搬到了4楼,这样她影响的范围就偏离了整栋楼的中间那一块了——也就是说2、3、4、5、6楼才能听到。如果我们正好住在7楼,那尽管我们和3楼的住户距离公寓楼正中(五楼)都一样,但却可以侥幸逃过大妈的咆哮。对于极光来说,由于地球的南磁极偏向西半球一侧,加拿大和美国的某一地区比我们亚洲这边的同一纬度地区更容易“听到咆哮”——看到极光。

  我国部分城市和地区的磁纬如下表所示。

东北地区 西北地区 其他主要城市
地点 磁纬 地点 磁纬 地点 磁纬
哈尔滨 40° 乌鲁木齐 39° 北京 34°
呼伦贝尔 43° 兰州 30° 呼和浩特 35°
漠河 47° 阿勒泰 43° 上海 24°
沈阳 35° 喀纳斯湖 44° 广州 16°
是不是漠河一带在6月22日前后容易看到极光?我国哪些地区容易看到极光?

  我在北疆和东北旅行的时候经常听到这一种匪夷所思的说法:喀纳斯地区和漠河地区在6月22日(夏至日)前后容易看到极光。这显然是不对的。如上文所说,极光活动仅和地磁活动有关,而地磁活动又和太阳活动有关;太阳当然不会关心地球上哪月哪日来产生活动(那位吵架的大妈会根据日历来发脾气吗),因此极光当然和日期没有关系。他们说的,大概是“极昼”——这和极光完全是两回事了。此外喀纳斯和漠河也看不到极昼。

  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。

风力有蒲氏风级,地震有里氏震级,有没有什么指标来评价极光的强度?要达到多少级才能在国内看到极光?

  这个问题问得好。极光活动强度可以通过至少三种指标来定义:Kp指数(Kp-index)、美国国家海洋大气局极轨环境卫星测量到的极光活动水平(NOAA POES Auroral Activity Level)以及美国国家海洋大气局空间天气预测中心评定的地磁暴级别(Geomagnetic Storm Scale)。这三种指标相互通用,如下表所示。

极光界(磁纬) Kp指数 极光活动水平 地磁暴级别及发生频率 我国可能看到极光的地区
68° 0 1-2
66° 2-3
64° 1 4
62° 2 5
60° 3 6
58° 4 7
56° 5 8 G1(弱)

每周期1700次/累计900日

54° 6 9 G2(中)

每周期600次/累计360日

52° 7 G3(强)

每周期200次/累计130日

漠河地区
50° 8 10 G4(极强)

每周期100次/累计60日

磁纬约45度以北(黑龙江北部、内蒙古东北部、北疆北部)
48° 9 10+ G5(超强)

每周期4次/累计4日

46° 磁纬约40度以北(黑龙江大部、内蒙古东部、北疆)
44° 10++
42° 磁纬约35度以北(东北地区、内蒙古大部、北疆)
40°

注:
1、为方便读者阅读,编者将各指标定义之磁纬在1度之内的条目进行了合并。若需要更高精度的换算表,可查询美国国家海洋大气局空间天气预报中心有关文档,或洽编者。
2、电磁暴发生频率按每太阳活动周期(约11.2年)算。
3、“我国可能看到极光的地区”指子夜前后(亦即极光弧最靠南时)可能看到极光的地区。
4、以上资料采集自美国国家海洋大气局空间天气预报中心(http://www.swpc.noaa.gov/)。

亚欧地区各Kp指数的分界线(来自空间天气预测中心)

  或许有细心的读者注意到了,为什么“极光南界”和“可能看到极光的地区”不对应呢?这是因为极光的高度都在80公里以上,因此不必等到极光南界到达本地才能看到极光。在极光南界以南4-5度的地区也能比较容易地在北方地平线上看到极光,只是地平高度比较低些。

  由于上文介绍的“偏心”效应,北美以及澳洲的人们更容易看到极光。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,而北京在Kp指数达到9的时候也未必能看见。

  此外,在地磁活动较强的时候,Kp指数有时也会出现不适用的情况,因为在实际观测中的Kp指数都是指三小时平均值,但极光活动却有可能在这三小时内发生显著变化,因此有时会出现Kp指数和极光活动水平不严格对应的情况。极光活动水平是通过单次卫星过境的观测数据推导出来的,因此更可能反映瞬时的极光活动情形(在排除质量较差的观测数据之后)。

  最后还要注意K指数和Kp指数不是一码事。前者是某一地点的地磁活动水平,而后者是地球总体的地磁活动水平。当然,受条件所限,实际的Kp指数是无法得到的,现在所说的Kp指数实际上是由若干个代表站点的K指数平均值估计出来的。

北京真的能看到极光吗?你不是在开玩笑吧?

  2003年10月底发生了极强的日冕物质抛射事件(coronal mass ejection, CME),使得10月29-31日前后地球上出现了大范围的强极光现象,连西班牙巴塞罗那附近(磁纬约35度)都看到了极光。考虑到北京的磁纬约34度,看到极光是完全可能的。现任北京天文馆馆长朱进博士曾告诉我说,当年他在国家天文台兴隆观测站(在北京以北100公里左右)也观测到了极光。当然,如此大规模的日冕物质抛射事件并不多见。有记载以来历史最大的地磁暴事件——1859年“超级地磁暴”,甚至让加勒比海地区(北纬约20度,磁纬约30度)的人们都看到了极光。

白天也能看到极光吗?

  1859年超级地磁暴时,波士顿的极光明亮到连“凌晨1点都可以借助极光看报纸”。2003年10月底的地磁暴,美国南部亚拉巴马州(磁纬约40度)的人们可以在日落时清楚地看到极光

极光能预报吗?

  大规模的极光活动与日冕物质抛射是相关的,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,因此当然可以预报。您可以关注本站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;或者直接查询空间天气预测中心以及极轨环境卫星项目主页

根据你的对照表,如果我在Kp指数大于7的时候去漠河,是不是就一定能看到极光?

  注意那一对照表的先决条件是“子夜时”亦即极光弧最靠南时的情形;这是指极光弧在不同地方轻微的南北摆动的现象(可以想象成太阳往地球这边吹气,所以背对太阳的那边,极光弧会略往南一些)。而且,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,但仍然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,或者不在子夜前后观察,那便不一定能看到极光。总之,“追极光”一定程度上要靠运气。

如果出国观测极光,有什么需要注意的?

  毫无疑问,通过到磁纬较高的地方可以有效提高看到极光的概率。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)以下才能发展得较明显;磁纬67度以上地区虽然也有极光,但其亮度较低,也就不易被肉眼觉察到。因此,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。
  下面列出欧洲、北美洲和南半球高磁纬地区几座主要城市的磁纬。

欧洲 美洲 南半球
地点 磁纬 地点 磁纬 地点 磁纬
斯德哥尔摩 55° 温哥华 54° 悉尼 44°
雷克雅未克 64° 费尔班克斯 64° 惠灵顿 48°
莫斯科 52° 芝加哥 52° 开普敦 42°
哥本哈根 52° 多伦多 54°

  然而,这又涉及到另外一个问题—— 极光与日全食和流星暴雨并称最壮观的三大天文奇观,但我有不少朋友对极光印象一般,这原因很简单:他们看到的是比较“正常”的极光,十分安静,基本没什么变化。对于低磁纬的人来说,能“看到”极光就已经很新鲜了;然而对于磁纬60-65度这一带地方而言,极光是只要天气晴朗和足够黑暗就可见的,“看到”极光并不是什么稀奇事;能让这里的观测者变得兴奋的,是强地磁活动时出现的变幻多端的极光。然而,要看到这样的极光很大程度上就要靠运气了。
  最后一点,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。

有什么比较好的网站可供参考?

  上面其实已经列出了几个最常用的网站,我在这里再整理一下吧。