科学家发现了驱动地球极光的"太空电池"

此前人们已知带电粒子撞击地球大气层会产生极光，但一直未能明确加速粒子的电场为何能持续供能而不衰竭。

北极光长久以来一直是最具神秘感的大气现象。我们虽知其源于高能粒子与地球气体的剧烈碰撞，却始终无法完全破解其形成机制——尤其是何种无形之力能以如此惊人的速度将这些粒子推向地球？

近日，一个国际研究团队终于揭开了这场光影秀背后的"隐形能源"——阿尔芬波。这些等离子波沿着地球磁力线涌动，如同持续为地球大气中舞动的绚丽极光充电的"太空电池"。

这项突破性发现由香港大学地球与行星科学部、加州大学洛杉矶分校大气与海洋科学部联合主导的研究团队完成。

如果将地球大气比作舞台，极光便是台上的演出。要保持灯光不灭，就需要持续电流供应。科学家们早已观测到电场加速粒子下落的现象，但逻辑上存在巨大漏洞：若无能量来源，这些电场理论上应在数秒内耗尽。

这个谜题的关键在于缺失的"电池"。港大研究团队借助对木星和土星磁层的研究专长，运用"行星视角"破解了这个地球谜题。研究揭示阿尔芬波正是这枚"电池"——它们是沿着地球磁力线传播的强大等离子波。

通过追踪粒子在太空不同区域的运动，研究人员证明阿尔芬波相当于天然粒子加速器。这些波输送的能量将带电粒子推入地球大气深处，引发产生极光的化学反应。

为验证该理论，研究团队分析了美国宇航局范艾伦探测器和THEMIS任务的观测数据。卫星数据证实阿尔芬波不仅能穿越太空，还会在"极光加速区"持续补充能量。这种源源不断的能量注入防止了电场衰竭，使得极光成为持久的光影表演而非瞬时闪光。

港大地球与行星科学部副教授尧中华指出："这项发现不仅为地球极光的物理学原理提供了确凿答案，还建立了一个适用于太阳系内外其他行星的普适模型。"该研究的意义超越了解决地球局部谜题。由于阿尔芬波是等离子体物理学的基础现象，这项研究为星系其他区域提供了"通用模型"。

尧教授补充道："港大团队长期专注于巨行星的极光过程。通过将这部分知识应用于地球附近的高分辨率数据，我们架起了地球科学与行星探索之间的桥梁。"驱动地球极光的隐形能量源，很可能也正是点燃木星、土星及其他行星壮丽极光的力量。

这项研究成果已于上月发表在《自然-通讯》期刊上。

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