四、北极光的研究

有证据表明，古典时代人们已经知道“北极光”，虽然地中海沿岸居民几乎从未能见到北极光。甚至在象不列颠群岛那样纬度的地方，极光的出现也非常罕见，因此，直到相当晚近的时候，人们才一以贯之地考虑它们。十三世纪一部斯堪的纳维亚著作中有过一次对北极光的明白无误的描述。但是，一般说来，十六世纪时欧洲的那些极光显示大都被误认为是彗星。并且， 虽然当时流行文献对之作了记叙，但很快就被人淡忘了。在十七世纪，这种现象开始为人们所知，被称为 aurora borea〔北极光〕；这个术语似乎是伽桑狄把它引入科学文献的，后来它又演变为 aurora borealis。然而，对极光的科学研究可以说是从十八世纪开始的。1707 年 3 月的一次极光显示，整个中欧都可以看到，它引起人们的极大兴趣。H.瓦菜留斯在他的《地震的哲学论辩》（Exerci tium Philosophicumde Chasmatibus）（乌普萨拉，1708 年）中，根据长期以来的耳闻目濡，清晰地扼述了这现象的各个一般性质。但是，这部著作长期湮没无闻。瓦菜留斯把这现象归因于上层大气中的冰晶体对来自地平线下的太阳光的反射，犹如在太阳和月球周围形成晕那样。这种解释在当时似乎相当流行。但是，记述过 1716 年那次北极光显示的威廉·温

斯顿在解释时，诉诸以地球北方升起的硫化发散物，它们只是因为北极寒冷而未引起雷暴。1716 年 3 月 16—17 日这次显示所以值得一提，不仅因为它在整个欧洲和北美都可看到，而且还因为埃德蒙·哈雷——当时最有经验的

科学家之一通过它而注意起这种现象。

哈雷在《哲学学报》（1716 年，p.406）上发表了对这景象的图解描述

（他是目击者）和对其成因的批判讨论。他的论文在其他俯拾皆是的解释中卓然超群，真正标志着对这个问题的科学讨论的开端。哈雷疏忽了极光的最初爆发，但他注意到了它后来历时数小时的几个阶段，他还给他的说明附配了一幅图版。他在论文中 特别提到，地平线附近发光的云状斑纹， 以及向上射向天顶的闪耀 红光的光束，在那里形成了他率先所称的冕；他强调指出这样的事 实：许多发光的“蒸汽”出现在天空的南部， 从而也出现在地球影锥的中央，因此，它们的光不可能得自太阳。哈雷还认识到，这些流光的视在方向所以垂直于地平线，以及所以向天顶辐合，是它们在各自的发源点上垂直于地球表面地上升的结果。他还进一步认识到，这些流光之呈角锥形状，也是透视的效应。起先哈雷认为，这种现象可能起因于“地下火把水蒸气过分稀释，并使之沾染上硫化蒸汽；今天的博物学家一般都认为后一种蒸汽是地震的成因。”他对以往关于这种自然现象显示的记载作了历史评论。这个评论提出，这些显示是成群发生的，而各群之间在时间上隔得很开，这本身便令人联想到同地震的类似特点相比拟。但是，这假说无法解释，为什么这种显示局限于天空的北极区域；哈雷认为，这同它们发生的规模之巨大（象广阔的可见度所表明的）也不相符合。因此，他宁可将这解释同地磁理论联系起来。作为一个磁体，地球必定是磁以太象围绕一个 terrella 即球形磁石似地循环的中心。只要把钢锉屑放置在球形磁石的任一轴平面上，就能显示出这循环的形状：磁以太明显地从一极进入，而从另一极出去。因此，我们应该假定，“这种精微的物质⋯⋯可能不时由于若干原因的汇合而能产生微弱的光，而这些原因罕能同时发生，迄今我们也还不知道它们究竟是什么；⋯⋯我们知道，带电物体的以太在强力快速摩擦时会在黑暗中发出光，同样，这以太似乎也同那种光极其亲合。”哈雷发现， 这假说是同极光呈现的各种光效应相一致的。因此，他倾向于认为，他的发光以太就是构成星云和彗星尾的物质，就是某种发光物质。他以前曾推测， 这种发光物质的存在可能是为了照亮地球的内部空间，以便使那里可以让人居住。哈雷建议，在将来这种现象显示中，观测者应当在每半小时终了的时候，以天空为背景注意这景象的突出细节，以便随后可以通过比较这些观测，估算极光的高度。哈雷本人在文章中没有使用“极光”这个术语，而写的是“空中看到的光”、“大气现象”，等等。然而，埃德蒙·巴雷尔和马丁·福克斯在描述翌年初的显示时，使用了北极光这个术语（PhilTrans.， 1717，pp.584，586）；他们两人都注意到，极光弧顶点从地理北极向西移动。哈雷似乎还观测了这位移，认为它是同地磁性质相联系的一种重要纽带。在《皇家学会日志》（L.A.Bauer 在 Terrestrial Magnetism φ31， Vol.XVIII，No.3）中，有下述记载：

1726 年 11 月 10 日。“哈雷先生报告了对最近一次北极光观测到的事实

材料。他援用这来证实他先前提出的见解：地球的磁以太同这现象的产生有关，从光弧在北极的情形以及条纹运动的倾向来看，它们似乎都取决于磁的 效能。他说，光弧在其穿过磁子午圈的地方最高，条纹的运动有一倾角，象 磁倾针的倾角一样。”

1728 年 11 月 21 日。〔在提到德勒姆写的一封关于一次极光的信时，哈雷说〕“自从他初次发见它以来，就一直观测到，光弧和黑底的中心总是处于磁子午圈之中，并且就所能观测到的而言，它似乎随着地平变化而改变其在地平上的位置。”如上所述，十八世纪末，约翰·道尔顿指出

（Meteorological Observations and Essays，1793），极光的流光平行于磁倾针，极光的顶点位于磁子午圈。后来几期《哲学学报》迭次介绍极光。还多次报道了据说的南极光；其中有一次肯定地为安东尼奥·德·乌洛阿于1740 年前后在胡安费尔南德斯附近观测到。

十八世纪里，人们仍试图解释极光的发生。例如，J.J.D.梅朗在他的《论北极光的物理和历史》 （ Traité physique et historiquede l′ AuroreBoréale）（巴黎，1733 年）中，把这现象归因于太阳大气的延伸。他认为，太阳大气不时包围地球，同地球大气相混。黄道光也得到了类似的解释。梅朗还试图估算极光扰动的高度。约翰·坎顿（Phil.Trans.，1759， p.398）确证了极光显示和罗盘指针不规则变化间的联系，这是约尔特（1741 年）和其他斯堪的纳维亚观测家发现的。坎顿揣测，这两种效应都是地球表面的一些部分由于地下原因而受到特别加热所产生的。欧勒认为，极光流光是在太阳作用下地球大气射出的部分，犹如彗星的尾巴（ Mem.of BerlinAcad.，1746）。十八世纪晚期认识到了极光的电性质；今天人们认为，这是大气中的放电，因太阳抛射出的粒子引起电离所致。（参见G.Hellmann：Beiträge zur Geschichte der Meteorologie，Berlin，1914， 等等。）