科学家首次发现极光成因确凿证据

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【新唐人北京时间2021年06月19日讯】极光是偶尔在高纬度地区出现的一种绚丽的光学现象。几个世纪来科学家对其成因进行了各种猜测。6月7日发表于《自然·通讯》(Nature Communications)期刊的研究称,终于为极光的成因提出确凿的证据。

美国爱荷华大学(The University of Iowa)的研究组通过实验第一次证明,是太阳发出的阿尔文波(Alfvén wave)把电子加速吹入地球的磁场,产生了这种美丽的现象。

阿尔文波是太阳内部大量等离子体大规模的活动而产生的一种特定的能量波,有能力远距离运载大量能量。这种波以太阳能磁通管(solar magnetic flux tubes)的形式,把巨大的能量直接从太阳的内部输送到太阳的外大气层——日冕层,导致太阳日冕层的温度比它下面的一层——光球层高出千倍。

这份研究显示,阿尔文波带动部分电子加速而产生极光。“测量显示,小部分电子在阿尔文波电场的作用下‘共振加速’,就像冲浪者骑着海浪,被海浪带动而加速一样。”研究者之一爱荷华大学物理与天文系副教授豪斯(Greg Howes)说。

在此之前,科学家对极光成因的理论是,太阳发出的高能粒子,比如电子,以每小时4500万英里高速沿着地球的磁力线落入地球高层大气。这个区域的氧原子和氮原子被这些高能粒子触发成为激发态。而当它们要回到较低能量态的时候,释放的能量会以光子的形式发出,就形成了人们看到的极光。

近年来多个太空观测器在出现极光的上空区域探测到阿尔文波,由此科学家推测应该是阿尔文波推动了这些电子达到如此高的速度。但是,由于来自空中的观测也有某些局限性,所以还无法确切证实这个理论。

这份研究利用加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的大型等离子设备(LPD),模拟地球磁场遭遇太空等离子体的环境,再用一个特殊的设备引入阿尔文波,结果证实了等离子体内部分电子被加速到高速的理论。

豪斯说,虽然在实验室设备里没有看到极光,但是证实电子的确可以被阿尔文波加速到每小时4500万英里的速度。

“这个实验的难度在于,要探测到只有少量电子被加速到接近阿尔文波的速度,等离子体内只有不到千分之一的电子被加速到这个状态。”UCLA物理学教授卡特(Troy Carter)说。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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