科学家揭示“太空电池”如何驱动北极光绚丽绽放

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极光长期以来一直是大气中的终极谜团。

我们知道它背后的原因——高能粒子撞击地球的气体——但我们一直无法弄清楚它的具体机制。具体来说，是那种看不见的力量以如此剧烈的速度将这些粒子推向地球？

现在，一个国际研究团队终于确定了这一光影秀背后的“隐形动力源”：阿尔fvén波。

这些等离子波沿着地球的磁场线传播，像“太空电池”一样，不断为在地球大气中舞动的绚丽的极光提供能量。

有趣的发现来自一个由香港大学（HKU）地球与行星科学系和加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）大气与海洋科学系共同领导的团队。

地球的大气就像一个舞台，而极光就是这场表演。为了让灯光保持亮起，它需要源源不断的电流。

科学家们早就发现电场会加速粒子向下运动，但这里面有个很大的逻辑问题。没有电源，这些电场理论上应该在几秒钟内消失。

这个谜团是关于缺失的电池。凭借他们在木星和土星磁层研究方面的专业知识，香港大学研究团队运用“行星视角”来解开这个地球上的谜团。

研究表明，阿尔fvén波就是电池。这些是沿着地球磁场线传播的强大等离子体波。

研究人员通过追踪粒子在不同空间区域的运动，表明阿尔fvén波可以作为自然粒子加速器。

这些波传递了推动带电粒子深入地球大气的能量，引发了产生发光极光的化学反应。

验证这个理论

为了验证这个理论，研究人员利用NASA的范艾伦探测器和THEMIS任务提供的实证数据。

这些卫星数据表明，阿尔fvén波不仅仅是穿越太空，而是积极、持续地在“极光加速区”内补充能量。

这种持续的补充使电场不至于崩溃，确保极光持续闪耀，而不是瞬间的闪光。

“这一发现不仅为地球极光的物理提供了明确的答案，还为我们太阳系及其他星球提供了一个通用模型，”香港大学地球与行星科学系的姚中华教授说。

这项研究不仅解决了一个局部难题。由于阿尔芬波是等离子体物理学的基础，这项研究为银河系的其他部分提供了一个“通用模型”。

“我们香港大学的团队一直专注于巨型行星的极光过程。通过将这些知识应用于靠近地球的高分辨率数据，我们缩小了地球科学和行星探索之间的差距，”姚教授补充道。

地球极光背后的看不见的能量源很可能是驱动木星、土星等行星上壮观极光的同一力量。

这些研究结果上个月发表在《自然通讯》期刊上。