科學家直接觀察到北極光的電子動力學

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】由國際科學家組成的研究小組首次直接觀測到，在地球磁層(俗稱「北極光」)上的大量電子碰撞。雖然這些多彩的極光的原因一直被假設，但直到現在，研究人員一直沒有直接觀察到它的內在機制。研究結果發表在《自然》雜誌上。北極光的奇觀是世界上最偉大的自然奇觀之一。在各種極光中，黎明出現的脈衝極光是很常見的，但是驅動這種極光脈衝的物理機制從來沒有通過觀察得到證實。有了一顆攜帶先進測量工具的衛星，研究人員已經發現這種現象是由電子和等離子體波之間難以探測的相互作用引起的。這種相互作用發生在地球的磁層中，在地球周圍的區域，電粒子的行為通常是由行星的磁場支配的。

ERG宇宙飛船觀測到在磁層上的齊聲發射和散射電子，這是脈衝極光的起源。散射電子沉澱到大氣中，導致極光照明，間斷出現的合唱波和相關的電子散射導致極光脈衝。圖片版權：2018 ERG science team.

日本東京大學的副教授Satoshi Kasahara是該論文的主要作者寫道：太陽風暴是由磁層的全球重新配置引起的，它釋放了儲存的太陽風能量，它們的特徵是從黃昏到午夜的極光，然後是明顯的極光弧的劇烈運動，最終會破裂，並在黎明時顯現為瀰漫性、搏動的極光。全球的重新配置常常驅動一種特定類型的等離子體波，稱為「合唱波」，使電子進入高層大氣，這樣就穩定了系統，並在電子下落時發出了一束光。然而科學家們已經質疑，這些大合唱的聲波是否足夠強大，能夠激發電子產生極光的程度。Kasahara說：我們第一次直接觀察到在地球大氣中產生粒子沉澱的齊聲波散射電子，析出的電子通量足以產生脈衝極光。

脈衝極光，即閃爍的光片的起源，現在由ERG宇宙飛船直接觀測到。磁層中的電子通常沿著地磁場彈跳，被認為是由齊聲波散射，從而導致大氣中的沉澱。間歇爆發的合唱隊引起了降水的脈動和相關的極光照明。ERG探測器顯示，在磁層中確實發生了這種由副歌引起的電子散射。科學家們以前無法看到電子散射的直接證據，因為典型的電子感測器無法分辨出從其他電子中析出的電子。Kasahara和他的團隊設計了一個專門的電子感測器，用來探測由大合唱驅動的極光電子的精確相互作用。該感測器是在地球空間(ERG)衛星上探測能量和輻射的，也被稱為Arase航天器，由日本航空航天探索機構發射。科學家們計划進一步研究這一領域。Kasahara說:「通過對ERG航天器收集到的數據進行更全面的分析，我們將揭示等離子體物理學和由此產生的大氣現象(如極光)的可變性和進一步的細節。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：自然

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：東京大學

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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