脈動極光產生機制被證實

新聞 02-23

原標題：脈動極光產生機制被證實

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有時，在兩極地區的夜晚，天空會發出一種瀰漫的綠色、紫色和紅色的光芒，這就是美輪美奐的極光。

脈動極光vs.常規極光

本文研究的脈動極光與常規極光不同。從引發機制來看，常規的極光是通過地磁風暴引發的，而脈動極光是通過極光亞暴，又稱磁層亞暴（auroral substorm）引發的。

地磁風暴是由於太陽風的振動波或者帶磁性的塵埃雲與地球磁場相互作用產生短暫的擾動，比如太陽風擠壓地磁場，並向電磁場傳遞能量，最終，地球磁場中電場增強，使地磁場中等離子體的運動更加活躍，使磁層和電離層中的電流增加；而磁層亞暴雖然也是地磁場的短暫擾動，但它導致了磁場能量從地磁場的尾部流失並傳遞到高緯電離層，因此人們會看到極光弧突然變亮，極光活動突然變得活躍。

脈動極光的遠紫外大氣圖像，在地磁亞暴中，極光圈在固定地域增量，並突然破碎變成不同的形式，向地球兩極和赤道擴散。這個變化過程和1964年Shun-ichi Akasofu提出的理論變化模型完全相同。

Credit：wikipedia

從觀測上看，常規極光可持續數天，並且在地球上任何地方可見，在太陽活動極大期每個月可發生一到兩次，在極小期一年僅發生幾次；脈動極光只可持續數小時，僅在地球南北兩極地區可見，雖然它們沒有前者常見，但它們的發生頻率比常規極光更頻繁，若已有一個磁層亞暴發生，下一場磁層亞暴距離上一場結束只有數小時。兩種極光最顯著的區別在於脈動極光是隨時間變化的，可分為產生階段，擴散階段和復原階段，它釋放了儲存的太陽風能量，產生階段是從黃昏到午夜的極光，然後是極光弧的劇烈波動、破裂，並在黎明時顯現為瀰漫性、搏動的極光。而常規極光是靜止不動且亮度不變的。

地磁亞暴假說

儘管我們正接近太陽活動極小年，但這並不意味著我們看不到極光了，事實上，來自太陽的帶電粒子會儲存在地球磁力線中，持續與地磁場相互作用，在地磁場夜晚一面，磁力線發生斷裂和重新連接的空檔，一小部分帶電粒子進入地球磁場，最終落在地球電離層上——地磁亞暴產生了，極光誕生。

當地磁場在夜晚一面磁力線斷裂的時候，帶電粒子可以進入磁層，並最終落在電離層上。

Credit:NASA / Goddard Space Flight Center- Conceptual Image Lab

理論的證實

儘管地磁亞暴理論已經非常完善，但卻一直沒得到證實，因為我們還沒能觀測到這個理論的全部細節。Satoshi Kasahara（東京大學）和他的同事在2月15日的Nature雜誌上發表了地磁亞暴第三階段的觀測結果，他們結合了JAXA（Japan Aerospace Exploration Agency日本宇宙航空研究開發機構）的 ERG衛星的太空數據和NASA的THEMIS任務地基全景極光攝像機的數據。數據的結合使團隊可以測量環繞宇宙中磁力線的電子軌跡，並且追溯這些軌跡到電離層，電子在電離層與粒子撞擊產生極光。