作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/17 9:04:16
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民间科学家发现紫色新极光
带电粒子以每秒近6千米速度移动

图片来源:《科学》

本报讯 数千年来,北极光和南极光用它们怪异而绿油油的光芒让天空观察者们目眩神迷。现在,一种新的、从东至西横贯整个低纬度地区的紫色极光正在加入这一展览。

这种新型极光是由民间科学家发现的,并由专业科学家利用照片和卫星数据加以证实。新型极光类似于之前观测过但从未见过的一种大气现象。人们将新极光昵称为:史蒂夫。

几年前,民间科学家首先开始在社交媒体上发布关于史蒂夫的信息。在新西兰、加拿大、美国和英国,他们报告说在夜空中看到了一种不寻常的景象:一条紫色的线,它每次大约以1个小时的时间穿过天空,在低纬度地区比传统极光更为清晰,主要发生在春季和秋季。

“它类似于一条凝结尾,但却不会消散。”加拿大萨斯喀彻温省极光摄影师Notanee Bourassa表示。

传统的极光通常是绿色的,这是缘于存在于地球大气层中的氧原子在被地球磁场俘获的带电粒子轰击时会发出这种颜色的光。在北方或南方地平线上,极光也是一种漫射光,而不是一条清晰的线。

并没有一种科学的理论用来解释这个新现象,由加拿大阿尔伯塔省的狂热极光爱好者Chris Ratzlaff领导的一组民间科学家开玩笑地称其为“史蒂夫”,这一称谓来自于2006年上映的一部儿童电影《篱笆墙外》。

主持这项新研究的马里兰州绿地市美国宇航局(NASA)戈达德空间飞行中心空间物理学家Elizabeth MacDonald表示,极光已经被研究了几十年,但人们可能无意中错过了史蒂夫,因为他们的照相机不够灵敏。

MacDonald和她的团队使用了来自一颗名为Swarm-A的欧洲卫星的数据研究了史蒂夫所处的空间环境——大约在距离地球表面200千米的大气层中。

MacDonald介绍说,Swarm-A卫星装载的仪器显示,史蒂夫中的带电粒子的温度约为6000摄氏度,与周围的大气层相比,具有“令人印象深刻的热量”。研究小组在3月14日出版的《科学进展》中报告称,这些离子以每秒钟近6千米的速度从东向西流动,这是由大气中的电场和磁场推动的。

MacDonald说,所有这些加热和运动都可能导致了史蒂夫的紫色外观,但是研究团队还没有确定这些光线的精确波长。Ratzlaff说,民间科学家正计划进行这方面的测量,这将有助于揭示到底是哪些原子或分子正在发光。

令人惊讶的是,研究人员发现,史蒂夫的物理特性与一种被称为“亚极光离子漂移”的大气事件是一致的,这种现象是指带电粒子通过地球大气层的快速流动,但其从未被观测到。

MacDonald说,这是到目前为止的情况。“我们现在可以将我们用卫星测量了很多次的这种现象与一种罕见的物理特征联系起来。”绘制史蒂夫在天空中的位置可以帮助研究人员确定地球磁场的结构和动力学。

为了向民间科学家的原始称谓表示敬意,MacDonald和她的团队为这一现象提出了一个新的科学术语:强烈热发射速度增强(STEVE)。对于没有参与这项研究的加利福尼亚大学伯克利分校物理学家John Bonnell来说,这项研究是“一个很好的例子,说明当积极的业余观察者、专业的空间物理学家和空间与地面仪器聚集在一起时到底会发生什么临界效应”。

专业和民间科学家都期待着在未来的几个月里发现STEVE。MacDonald 说,人们今年冬天在北半球并没有看到太多的STEVE,“但现在人们都在寻找它”。

极光是一种绚丽多彩的发光现象,其发生是由于太阳带电粒子流(太阳风)进入地球磁场,在地球南北两极附近地区的高空,夜间出现的灿烂美丽的光辉。在南极被称为南极光,在北极被称为北极光。地球的极光因来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生。极光常常出现于纬度靠近地磁极的地区上空,一般呈带状、弧状、幕状、放射状,这些形状有时稳定有时作连续性变化。极光产生的条件有三个:大气、磁场、高能带电粒子,三者缺一不可。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2018-03-17 第2版 国际)
 
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