七月的北京科学中心，一场名为“北科看片会”的讲座以极光为主题，将科学解析与视觉震撼结合，为公众揭开这种自然现象的神秘面纱。极光并非仅是地球的专属景观，其形成机制与太阳活动、地球磁场及大气成分密切相关，而近年来我国低纬度地区出现的极光记录，更让这一现象成为科学探索与公众兴趣的交汇点。
极光的本质是太阳风与地球磁场的相互作用。太阳风携带的高能带电粒子沿地球磁力线沉降至极区，与大气中的氧原子、氮分子碰撞，激发原子或分子中的电子跃迁至高能级。当电子返回低能级时，以光子的形式释放能量，形成可见的极光。这一过程需满足三个条件：太阳活动释放足够强的粒子流、地球磁场引导粒子进入大气层、大气中存在可被激发的气体成分。例如，氧原子受激发后主要发射波长为557.7纳米的绿光和630纳米的红光，而氮分子或氮离子则产生蓝色、紫色或红色的光，这解释了极光色彩的多样性。
我国极光观测记录的扩展，为研究太阳活动与地球磁场的关系提供了新线索。传统上，极光多出现在南北纬60度以上的高纬度地区，但近年来黑龙江漠河、新疆阿勒泰等地多次记录到极光现象。郭懿琳老师指出，这一现象可能与太阳活动周期、地磁暴强度及地球磁场变化有关。当太阳黑子活动增强时，太阳风强度提升，更多高能粒子突破地球磁场的保护，沉降至中低纬度地区。2023年4月，我国多地观测到极光，恰逢太阳活动第25周期的上升期，地磁暴指数达到Kp7级，为粒子沉降提供了条件。然而，低纬度极光的出现频率仍较低，其长期趋势需更多观测数据支撑。
极光的色彩分布与大气成分的垂直分层密切相关。在海拔100-200公里的高空，氧原子浓度较高，受激发后主要发射红光；而在80-150公里的中间层，氧原子更易发射绿光，因此绿色极光更为常见。氮分子或氮离子的激发需要更高能量，通常出现在海拔更低（约80公里以下）的区域，产生蓝色或紫色极光。但实际观测中，极光色彩常呈现混合状态，例如红色极光底部可能伴随绿色光带，这是由于不同高度的大气成分同时被激发所致。此外，极光的形态——如弧状、带状、幕状或射线状——与地球磁场的结构及粒子沉降路径有关，但具体形成机制仍存在学术争议。
太阳系其他行星的极光研究，进一步拓展了人类对这一现象的认知边界。木星和土星的极光强度远超地球，因其拥有更强的磁场和更活跃的卫星系统。木星的卫星木卫一（Io）火山活动频繁，向木星空间喷射大量二氧化硫气体，为极光提供持续的粒子源。土星的极光则与太阳风及土星磁层的动态变化相关，其色彩因大气中氢、氦成分占主导而呈现淡蓝色或白色。2017年，卡西尼号探测器在土星极区观测到“螺旋状”极光，这一形态与地球极光的弧状结构截然不同，暗示行星磁场与太阳风相互作用的复杂性。然而，受限于观测技术，人类对系外行星极光的了解仍停留在理论阶段，其是否存在及特征需未来更先进的探测设备验证。
极光现象的探索，始终伴随着科学假设与观测证据的博弈。例如，关于极光是否可能出现在月球或其他无大气天体，学术界存在两种观点：一种认为极光需大气分子参与，无大气天体无法形成；另一种提出，若天体表面存在尘埃或冰晶，太阳风粒子与之碰撞可能产生类似极光的光现象，但尚未有观测支持。2023年，我国“嫦娥五号”带回的月壤样本显示，月球表面存在太阳风注入的氢元素，这是否为极光形成的潜在条件？目前尚无定论，但这一发现为未来月球极区探测提供了新方向。
北京科学中心的“北科看片会”系列活动，通过影视艺术与科学教育的融合，让极光等复杂天文现象变得可感可知。其特效影院播放的《极光》影片，以高分辨率影像还原了极光的动态变化，配合专家讲解，使观众直观理解太阳活动、地球磁场与大气成分的关联。这种模式不仅普及了科学知识，更激发了青少年对宇宙探索的兴趣——正如讲座中一位学生提问：“如果未来人类移民火星，能否看到火星极光？”这一问题背后，是对行星科学、空间物理及人类命运的深层思考，而答案，或许正藏在下一场极光观测的记录中。
