证实极光产生的背后机制,高能电子乘着阿尔_注意事项_冲浪

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极光令人屏息，几十年来，有关极光如何产生的理论已整理得脉络有序，但实际上还没得到最终证实。直到现在，一组物理学家团队终于在实验室中重现极光，证明极光的产生与地磁风暴期间一种强大电磁波息息相关。

极光是一种电浆体现象，我们都知道极光由太阳风暴吹进来的带电高能粒子所产生，这些粒子沿地球磁场线被加速带向高纬度地区，然后与高层大气（热层）的原子（氮和氧原子）碰撞，后者因吸收了电子能量被激发至较高能态，为了恢复正常，分子以光的形式辐射能量，这些光就是极光。

但究竟是什么机制将这些电子拉向地球？如何在进入电离层的最后一段旅程中被加速到每小时达7,万公里？几十年来，科学家们一直怀疑这些高能电子沿着阿尔文波（Alfvenwave，也称剪切阿尔文波）进入大气层，在阿尔文波的电场作用下经历了“共振加速”，类似冲浪者乘着波浪不断加速，但是没有任何卫星直接观察到这种情况。

阿尔文波在电浆体中产生，是一种沿磁场方向传播的波，当处在磁场中的导电流体在垂直于磁场方向上受到局部扰动时，沿着磁力线方向的磁张力提供恢复力就会激发阿尔文波，自然界中常当地磁风暴后出现阿尔文波。

现在来自爱荷华大学、加州大学洛杉矶分校、惠顿学院、洛杉矶太空科学研究所的科学家们利用LPD大型电浆设备，于长20米的真空腔室内产生阿尔文波，并试图测量沿腔室向下移动、速度几乎与阿尔文波相同的极少量电子，首度获得阿尔文波通过共振将能量传递给电子的直接证据，就像电子在阿尔文波上“冲浪”。

新研究表明，阿尔文波的确会加速电子向地球移动，从而导致粒子产生我们所知的极光。

科学家终于解决了有关极光起源的最后一个谜团，而这种电子加速机制可能也会出现在其他星球上，或许有助于天文学家更加理解木星极光。

新论文发布在《自然通信》（NatureCommunications）期刊。

（首图来源：JeanBeaufort/加州大学洛杉矶分校）

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