南北极是美丽的，在这个与世隔绝，四面被海洋包围的大陆上充满了无穷的奥秘，下面不但介绍了绚丽多彩的极光和奇异的景象，更能看到人类对极地的探索。相信科考领域的不断发展，未来人们必将揭开关于极地的更多秘密。
§§§第一节 漂亮的极地景色
据科学家解释，极光是由于太阳风进入地球磁场后，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉。极光在南极称为南极光，在北极称为北极光。
极光形状各异，五彩缤纷，十分壮观，在自然界中还没有哪种现象能与它媲美。任何彩笔都难以描绘出在严寒的两极中变幻莫测的炫目之光。
极光出现时间有时很短，就像节日的焰火在空中一闪即逝；有时却很长，能够在苍穹之中辉映几个小时。它可以像彩带，像火焰，像绚丽的巨大银幕；可以色彩纷纭，变幻莫测；可以仅呈银白色，有如棉絮、白云一般，凝固不变；可以异常光亮，连星月都黯然失色；可以十分清淡，宛如一束青丝；可以结构单一，犹如一弯弧光，呈现淡绿、微红的色调；可以像彩绸或缎带般抛向天空，翩翩起舞；可以软如纱巾，摇曳生姿，呈现出紫色、深红的色彩；可以出现在地平线上，犹如晨光曙色；可以似山茶吐艳，一片火红；可以密聚在一起，像窗帘幔帐；可以射出许多光束，如孔雀开屏，蝶翼飞舞；可以闪耀在天幕中央，仿佛上映一场球幕电影。
长久以来，极光一直是人们热衷于猜测和探索的天象。以前，爱斯基摩人认为它是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时，人们则以为那是格陵兰冰原反射的光。直到17世纪，人们才称它为北极光——北极曙光。
随着科技的发展，极光的奥秘被人类越来越多地解开。18世纪中叶，瑞典一家地球物理观象台与伦敦地磁台的科学家同时发现，当观测到极光的时候，地面上的罗盘指针会出现不规则的方向变化。所以他们认为，极光的出现与地磁场的变化密切相关。事实上，极光是“太阳风”与地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳向其周围空间放射能量的一种形式，它是一种可以覆盖地球的强大的带电粒子颗粒流，能够像“风”一样运动，因而得名。太阳风在地球上空环绕地球流动，以每秒 400千米的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极。地球磁场呈“漏斗”型，尖端分别对着地球南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”降落而进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的“轰击”后会发出光芒，这就形成极光。高层大气是由多种气体组成的，不同元素的气体受到太阳风的轰击后发出的光的颜色是不同的，比如氧被轰击后发出绿光和红光、氮被轰击后发出紫色的光、氩被轰击后则发出蓝色的光，所以极光就显得色彩绚丽，变幻莫测。
科学研究还发现，地球的磁场并不对称。太阳风的作用，使它变成某种“流线型”。也就是说，朝着太阳一面的磁力线被大大压缩，相反方向却拉出一条长长的，犹如彗星尾部的地球磁尾。磁尾的长度相当于 1000个地球半径。在与日地空间行星际磁场的相互作用下，变形的地球磁场的两极高处各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。因为等离子体具“冻结”磁力线的特性，所以，太阳风粒子不能穿越地球磁场，而只能通过极尖区进入地球磁尾。这些带电粒子被磁场加速后，沿磁力线运动。从极区向地球注入，这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子，使分子和原子被激发而发光。不同的分子，原子发生不同颜色的光，这些单色光混合在一起，就形成多姿多彩的极光。实际上，人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子所造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于降落粒子的能量和数量。比如说，极光活动就像磁层活动的实况电视画面，沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕，地球磁场为电子束导向磁场。科学家从这个天然大电视中就可以得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。
关于极光的成因，目前还众说纷纭。但简单说来，它的原理同日常所见的氖气灯管一样，灯管中稀薄而惰性的气体因为受到带电粒子的强烈冲击而产生发光现象。根据天文学家的长期观测，极光的亮度有一定的规律。特别明亮的极光一般以每 11年为周期而出现。可见，它与我们前面所说的太阳黑子的变化有关系。因为太阳黑子正是以 11年为周期而发生变化，它表面气态耀斑大量积聚，并产生剧烈骚动，从而引起太阳辐射的变化，使地球表面，包括电离层也相应受到影响。
所谓“电离层”就是高空大气内具有电离现象的气层。电离现象的产生又与太阳的辐射直接有关。太阳辐射过程中，将大量的质子和电子等微粒以高速度射入地球大气层，同大气上层稀薄气体中的原子和分子剧烈碰撞，使它们产生游离作用，电离为正离子和自由电子。于是，大气内便形成了电子密度随高度不同而异的气层。这些气层离地面的高度大约从 60千米开始一直伸展到 1000千米以上。电离密度较高的几层离地面 70～500千米，底层称为 D区，它上面的依次称为E、F等区。各区的高度、厚度和密度随昼夜和季节而变化，也受太阳活动（如太阳黑子等）的影响。一般说来，短波波段的无线电波能被电离层折射而返回地面，人们便利用这一特点从事远距离无线电通讯。因此，电离层也被叫做无线电电传区。
当太阳辐射过程中将大量的带电微粒流快速地射入地球大气层时，同大气中所含的氢、氧、氨、氖、氦和氩等气体发生撞击作用，就发生放光现象。因为不同的气体发生不同的光亮，如氩气受冲击时放出蓝色光芒；氖气放出红色光芒；其他气体也姹紫嫣红各呈其色：有的淡绿，有的鹅黄，有的深浅不一，有的形状异样。这时天空中显得五彩斑斓、绚丽异常。
那么，极光又为何偏偏出现在两极地区而不在各洲上空发生呢 ？那是因为受到地球磁场影响的缘故。地球像一块巨大的椭圆形吸铁石，它的两端南极和北极也就是地球磁场的“磁南极”和“磁北极”。同指南针永远指向南北的原理一样，从太阳辐射出来的带电微粒流进入地球的大气层之后，立即被位于南北两极的地球磁场的两个磁极所吸引，迅速沿着磁力线做螺旋运动移向两极，并通过磁极的作用使电离层中的气体原子和分子离而复合，频繁撞击，不断发光放电而形成极光。这就是极光发生在两极的原因。
太阳黑子每隔 11年发生周期性变化时，它表面的气态耀斑剧烈骚动，这时射到地球大气层的带电微粒就增多，这样，就使极光的亮度也随之而增强。
有的科学家还认为，当地球大气上层的气体原子和分子发生游离作用时，太阳的七色光谱的紫外线部分发生的高能放射，对极光的颜色也产生直接影响。此外，极光的颜色还取决于上述微粒互相碰撞的空间高度和这些带电微粒的波长。根据挪威科学家反复测定，北极光的光弧高出地面约达 1046千米，而极光顶点离地面可达 1046千米。南极光和北极光迄今尚未发现有显著差别。最高处产生蓝色光，但有时也偶然出现红色光。在低空产生绿色光。而离地面 100千米左右的中下层空间则往往出现红绿相间的复合光，形成淡黄色的日冕，为极地增添了异彩。据观测，南极光带近乎椭圆形，它的中心大约位于南纬76°东经114°。
在地球的两极地区，风云变幻无的自然现象。穷，极昼与极夜是两极地区又一奇特住在北半球的人们，一般都有这样的感性知识，即夏天日长夜短，而且越往北越是如此，反过来，冬天是日短夜长，也是越往北越是如此，而且人们总结出春分那天，北半球昼夜长度相等，春分后，白昼一天天加长，黑夜一天天缩短，到夏至那天，北半球各处白昼最长，黑夜最短，以后，白昼开始变短，黑夜加长，至秋分日时，两者相等，至冬至日时，黑夜最长，白昼最短。大自然就是这样奥妙无穷。
根据上述的知识，我们不妨来做一些推论。既然北半球春分后白天一天天加长，夜晚一天天变短，而且越往北天气越短，那么，有没有可能在足够高的纬度上，白天长到超过 24小时从而把黑夜全部挤掉呢 ？相反，秋分过后，又有没有可能在足够高的纬度上，黑夜长到超过 24小时而把白天全部挤掉呢 ？回答是肯定的。这种 24小时太阳不落或 24小时连续黑夜的现象，就叫极昼和极夜现象，这种神秘的极昼和极夜的现象，只有在极圈以内的极地才能看到。
在南半球，季节与北半球正好相反，因此，南半球极昼和极夜的现象，也与北半球出现的季节正好相反。
在北半球，北极圈所在的地方，即北纬 66°33′所经过的地方，夏至（每年 6月 22日前后）太阳 24小时挂在天边，整天不落，为全白天，即极昼；冬至（即每年 12月 22日前后）24小时不见日出，整天全是黑夜，即极夜。从北极圈往北，全白天和全黑夜延续的天数越来越长，如在北纬70°的地方，极昼的天数为 64天，极夜的天数为 61天；北纬 75°的地方，极昼延续 102天，极夜为 98天；北纬85°的地方，极昼长达 160天，极夜也延续 154天，到北极点，极昼的天数为 189天，极夜的天数为 176天，两者加起来正好是一年：如果我们按照平常的习惯，以日落和日出来划分白天和黑夜。那么，北极点的“一昼夜”就等于一年。
南极的变化与北极虽然季节相反，但规律是一致的。如处在南纬68°30′左右的澳大利亚戴维斯科学考察站，极昼为 47天，极夜为 48天。位于南纬78°的美国麦克默多科学考察站，极昼和极夜的天数分别有 110多天。南极点上，同样“一昼夜”等于一年。
夏季极昼时，太阳每时每刻都挂在天际，早晨太阳开始逐渐上升，到中午上升到最高点，下午开始回落，到午夜下降到最低点，太阳在天迹走了一个近于圆形的轨道，但始终未落到地平线以下，天天如此，夜夜如此，这真是“人生易老天难老，天天斜阳，夜夜斜阳，半年春色无花香”。
太阳即使中午时上升到最高点，其高度也不大，阳光斜斜地射来，穿过很厚的大气层，太阳好像蒙上了一层薄薄的面纱，在淡淡的云雾后散发着冷清的光华，倒也很像我们中纬度地区冬天早晨的太阳。太阳给大地带来的温暖也是很有限的，无法抵消辽阔的冰原上散发的阵阵寒气，大地依旧是冰封雪冻。
冬季极夜时，成天整夜昏天黑地，不见阳光，在极点附近，需要度过半年时间的无昼日，只有在极光闪耀时，大地才获得片片光辉，闪现极地的壮丽景色，也才能使人感到真实大自然的存在。
南北极这种神秘的自然现象，实在是世界上所有其他大洲中绝无仅有的奇迹。
那么，为什么在地球的南、北极地区会出现这种奇特的自然现象呢 ？
这是因为，在地球绕太阳公转时，其公转轨道形成一个平面，称轨道平面或黄道面，而地球的自转轴与这个平面之间有一个固定的夹角——6°33′，即地球的自转轴相对于这个轨道平面是倾斜的。更为重要的是，地球在绕太阳公转的过程中，其空中姿势是不变的，也就是说其自转轴始终朝一个方向，因而，在地球绕太阳公转一周时，地轴一段时间倾向太阳，一段时间又背对太阳，由此引起了不同季节地球表面接受阳光的区域的变化。在春分那天，即约 3月 21日这天，地球公转所处的位置正好使太阳光直射赤道，地球上受太阳光照的部分与背光部分的分光面通过南、北两极，地球上一切地方昼夜相等；在夏至，即约 6月 22日那天，地轴倾向太阳，这时，南极地区阴影区最大，南纬66°33′以内的地区完全见不到太阳，这就是为什么确定南纬 66°33′为南极圈的原因（确定北极圈的原理与此相同），而北极地区光照区最大，北极圈内没有黑夜；秋分那天，即约 9月 23日这天，太阳又直射赤道，地球上各地昼夜相等；冬至即约 12月22日那天，地轴背向太阳，这时正好倒过来，南极圈内出现全白天，北极圈内进入全黑夜。实际上，除了赤道以外，地球上到处都存在昼长夜短和夜长昼短的季节变化，我们大家都有体验。在地球的两极地区，昼夜的变化只不过是一种极端的情况，即在昼长夜短时，它把白天从通常的 12小时延长到 24小时、几天以至 6个月，而把夜晚缩短为零；反之，在夜长昼短时，它把黑夜从通常的 12小时延长到 24小时、几天以至半年，把白天又缩短为零。
