极光是在极昼还是极夜：我们忽略了最重要的极光作用

                                             杨学祥，杨冬红

极光是在极昼还是极夜

作者：春花    2022-03-28

极光在极昼和极夜中都可以发生。只是极昼的太阳光强烈，极光的亮度不足以在阳光下呈现，因此一般在夜间才能看见极光灿烂美丽的光辉。比如分立极光最亮时的亮度足以在夜晚阅读书报，但由于亮度不足以在阳光下呈现，因而只能在夜空中被看见。

极光是在极昼还是极夜

极光是一种绚丽多彩的等离子体现象，是太阳带电粒子流进入地球磁场而产生的。

极光产生的3个条件有：大气、磁场、高能带电粒子。极光经常出现在南北纬度67度附近的两个环带状区域内，会在夜间出现灿烂美丽的光辉https://www.zqwh.com/shenghuochangshi/2cd40utvbgd8cqlewpuf1447it1umn6j

      臭氧层：地球生命的保护神

      自武汉新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，一直与远大科技集团总裁张跃隔空探讨如何利用臭氧灭菌灭毒的问题。张跃是积极倡导用臭氧消毒灭菌的先行者，但响应者甚鲜。笔者在与国内外大气专家的交流和相关资料的翻阅中，也深感世人对臭氧的冷漠和戒备。为了消除对臭氧认知的误解，促进利用臭氧积极应对紧急的疫情事态，有必要对臭氧扑朔迷离的特性进行一次系统地梳理。

      地球大气层0～10km左右的最低层叫对流层，温度与高度的关系是上冷下热。对流层之上有一个10～50km左右的平流层，温度与高度的关系正好相反，是上热下冷。在高空的平流层里，存在一个浓度为10~20ppm的臭氧层。这个臭氧层通过吸收对地球生物造成危害的紫外线波段，屏蔽了紫外线对生物细胞DNA的破坏，给地球上的生命提供了生存条件。

      臭氧层达到接近现今浓度的时间与地球上的生命从海洋登陆到陆地的时间基本一致。换而言之，在臭氧层还比较稀薄的时候，生命只能潜伏于海洋之中，一直等到臭氧层浓度升高到一定程度后，才从海洋延展到陆地。

      可以说，如果没有臭氧层的保护，地球上甚至连一个细菌都不可能存在，就更没有今天纷繁生命的繁衍和绽放。

      由于产业活动排放的大量氟利昂、挥发性有机化合物（VOC：Volatile Organic Compounds）等对臭氧层的破坏，造成削弱人类免疫系统，增加皮肤癌和白内障发病率等危害，由是臭氧层空洞成为与全球变暖并列的全球性环境问题。臭氧层破坏问题同时也是让臭氧进入一般大众视野的重要契机，有感于臭氧对地球生命的保护作用，臭氧层被舆论称之为“地球卫士”。

      臭氧由三个氧原子组成。臭氧产生的主要途径是太阳光紫外线打击双原子的氧分子，把它分解为两个原子，然后氧原子再与没有分裂的氧分子合并成臭氧。臭氧和氧气是氧元素的同素异构体，呈淡蓝色，有特殊气味，故名臭氧（OZEIN：希腊文，臭味的意思）。

      高浓度的臭氧层作为一道天然屏障，使地球生命免于太阳光中有害紫外线波段的侵袭，堪称是地球生命繁衍的保护神。

  科学家发现北极光可消耗臭氧

   从地球的极地地区经常可以看到神奇的绿光，但这会导致中间层臭氧层消耗。这种消耗可能对全球气候变化具有重要意义，因此了解这一现象很重要。由日本名古屋大学的 Yoshizumi Miyoshi 教授领导的一组科学家对这一现象进行了观察、分析并提供了更深入的见解。研究结果发表在《自然科学报告》上。

  在地球的磁层——地球周围的磁场区域——来自太阳的电子仍然被困住。电子和等离子体波之间的相互作用会导致被捕获的电子逃逸并进入地球的高层大气（热层）。这种称为电子沉淀的现象是产生极光的原因。但是，最近的研究表明，这也是造成中间层（低于热层）局部臭氧层消耗的原因，并可能对我们的气候产生一定影响。  更重要的是，中间层的这种臭氧消耗可能特别发生在极光期间。虽然科学家们研究了与极光有关的电子降水，但没有人能够充分阐明它是如何导致中间层臭氧消耗的。  三好教授及其团队在 2017 年斯堪的纳维亚半岛上空的中度地磁风暴期间借此机会改变了这一说法。他们将观测目标对准了“脉动极光”（PsA），一种微弱的极光。他们的观测是通过与欧洲非相干散射 (EISCAT) 雷达（发生 PsA 的 60 至 120 公里的高度）、日本航天器 Arase 和全天相机网络的协调实验成为可能的。  Arase数据表明，地球磁层中被俘获的电子具有很宽的能量范围。它还表明在该空间区域存在合唱波，一种电磁等离子体波。计算机模拟结果显示，Arase 观测到等离子波导致这些电子在很宽的能量范围内沉淀，这与地球热层中的 EISCAT 观测结果一致。  EISCAT 数据的分析表明，从几 keV（千电子伏）到 MeV（兆电子伏）的宽能量范围的电子会沉淀以引起 PsA。这些电子携带的能量足以穿透我们的大气层低于 100 公里，高达约 60 公里的高度，即中间层臭氧所在的位置。事实上，使用 EISCAT 数据的计算机模拟表明，这些电子在撞击中间层时会立即消耗中间层的局部臭氧（超过 10%）。  Miyoshi 教授解释说，PsA 几乎每天都会发生，分布在大片区域，并持续数小时。因此，这些事件造成的臭氧消耗可能很严重。 谈到这些发现的更大意义，三好教授继续说道：这只是一个案例研究。需要进一步的统计研究来确认由于电子沉淀在中层大气中发生了多少臭氧破坏。毕竟，这种现象对气候的影响可能会影响现代生活。

         制造臭氧洞的元凶是太阳风

     南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风：太阳粒子如何破坏我们的臭氧层？

      长春科技大学教授杨学祥1999年撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

1999年，杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因，这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。    

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。

学者叶倾城2021年撰文指出，自21世纪初之后，基于陆续发射升空的新型观测卫星，科学家掌握越来越多的证据表明，太阳粒子在影响极地臭氧方面发挥着重要作用。在太阳活动特别活跃的时候，当太阳向太空释放大量粒子时，海拔50千米以上的地区多达60%的臭氧会被消耗，该影响可能持续几个星期。

在更低的地球大气位置，大约低于距离地球表面50千米的区域，太阳粒子是造成极地臭氧水平逐年发生变化的重要因素，太阳粒子袭击将持续导致臭氧损失，然而，最近一项研究表明，太阳粒子还有助于抑制南极臭氧空间进一步损耗。

https://www.kepuchina.cn/more/202104/t20210402_2980297.shtml

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332936.html

      极光是太阳风撞击地球磁层的产物，极光消耗臭氧的发现，证实了杨学祥1999年的论断。

“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应” 

我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N₂和O₂/O₃所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O₃所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1346460.html

      太阳风暴、紫外线风暴、极光和臭氧洞：灭杀病毒的四剑客

      紫外线能杀灭病毒，这是人人皆知的科普知识。可是，说太阳风暴和极光能杀灭病毒，却引起不小的争论，因为人们从来就没有听说过。事实上，太阳风暴可以产生太阳耀斑、地磁暴、臭氧洞和极光，并且在极夜和极昼交替中都能形成紫外线风暴，杀灭病毒自然也就顺理成章。

      与太阳光在白天杀灭病毒不同，紫外线风暴、极光和通过臭氧洞进入地表的紫外线和太阳高能粒子可以全天候的昼夜杀灭病毒，高效快速地清理全球环境。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1346957.html

  事实上，使用 EISCAT 数据的计算机模拟表明，这些电子（太阳风撞击地球磁层进入地球大气）在撞击中间层时会立即消耗中间层的局部臭氧（超过 10%）。  Miyoshi 教授解释说，“脉动极光”几乎每天都会发生，分布在大片区域，并持续数小时。因此，这些事件造成的臭氧消耗可能很严重。

  根据“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应” ，进入地球大气的太阳射线、太阳高能粒子和紫外线就可以大量杀灭新冠病毒，且没有昼夜之分。这表明，极光杀灭病毒不是神话。 

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