研究发现,超音速等离子体在非常高的高度创造了令人眼花缭乱的极光表现。

发布时间:2021-04-02 20:13:26

来源:宜城新闻网

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太阳的电子由在地球上空3万公里处产生的电驱动,最终形成了南北极光令人眼花缭乱的展示。根据科学报告(ScienceReport)杂志的一项新研究,极光的一个关键组成部分存在于比以前想象的更高的空间。极光夜空中耀眼的光和阴影表明,需要一个加速器来推动粒子穿过大气层。名古屋大学(NagoyaUniversity)的科学家和来自日本、台湾和美国的同事发现,极光存在于离地球表面3万公里以外的地方,不仅在地球上,而且在其他行星上也有类似的效果。

极光的形成始于超音速等离子体从太阳以高速带电粒子的形式进入太空。当这些带电粒子接近地球时,它们沿着地球的磁场线偏转和漏斗,最终流向极地。

这项研究的主要作者、名古屋大学空间地球环境研究所的程顺解释说:磁层中的大部分电子没有到达高层大气中的电离层,因为它们被地磁站点排除在外。

但是一些粒子在能量中上升,加速它们进入地球上层大气,在那里它们与氧气和氮原子在大约100公里的高空碰撞,并给它们注入能量。当这些原子从激发态放松下来时,它们会发出极光。然而,这个过程的许多细节仍然是个谜。‘目前,我们还不知道加速电子进入电离层的电场是如何产生所有细节的,甚至是来自地球的电场,顺顺今天说。

科学家们认为电子加速发生在离地球1000至20000公里的高度。但新的研究显示,加速区域实际上将延伸到3万公里之外。我们的研究表明,加速极光粒子的电场可以存在于磁场线的任何高度,而不限于几千公里外电离层与磁层之间的过渡区域,这表明未知的磁层机制正在发挥作用。

研究小组是通过研究来自美国和加拿大地面成像仪的数据,以及研究地球磁层辐射带的日本卫星Arase上的电子探针而发现的。这些数据来自于2017年9月15日,当时Arase的海拔约为30000公里,处于一个稀薄的极光弧中,持续了几分钟。该小组能够测量电子和质子上下移动的情况,并发现加速的电子区域从卫星上方开始延伸到卫星下方。

为了进一步研究这个所谓的极高空加速区,该小组的下一个目标是分析多个极光事件的数据,比较在高、低海拔观测到的数据,并对电磁场进行数值模拟。了解这个电场是如何形成的,将填补在了解地球和包括木星和土星在内的其他行星上极光发射和电子传输方面的空白。

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