什么時(shí)候極光不是極光？被稱為“史蒂夫”和“尖樁柵欄”的現(xiàn)象偽裝成極光。信用:uux.cn/Pixabay/CC0公共領(lǐng)域
（神秘的候極地球uux.cn）據(jù)加州大學(xué)伯克利分校：北極光和南極光閃爍的綠色、紅色和紫色光幕——極光——可能是極光尖樁極光臺(tái)州包夜空姐預(yù)約（微信180-4582-8235）提供頂級(jí)外圍女上門，可滿足你的一切要求照亮夜空的最著名的現(xiàn)象，但最神秘的為和是被稱為史蒂夫和它們經(jīng)常出現(xiàn)的同伴的淡紫色和白色條紋，一個(gè)發(fā)光的柵欄裝成綠色“尖樁柵欄”
史蒂夫在2018年首次被認(rèn)為與普通極光不同，這是象偽一個(gè)開(kāi)玩笑的良性名稱，在2006年的史蒂夫一部?jī)和娪爸薪o出了一個(gè)可怕的樹(shù)籬，盡管如此，候極它和相關(guān)的極光尖樁極光柵欄被認(rèn)為是由相同的物理過(guò)程引起的。但是為和科學(xué)家們對(duì)這些發(fā)光物質(zhì)是如何產(chǎn)生的感到困惑。
加州大學(xué)伯克利分校的柵欄裝成物理學(xué)研究生克萊爾·蓋斯克現(xiàn)在提出了一種對(duì)這些現(xiàn)象的物理解釋，這種解釋與眾所周知的象偽極光的形成過(guò)程完全不同。她與校園空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(SSL)的史蒂夫研究人員合作，提議美國(guó)國(guó)家航空航天局向極光中心發(fā)射火箭，候極以驗(yàn)證她是極光尖樁極光否正確。
隨著太陽(yáng)進(jìn)入其11年周期的活躍期，活躍的臺(tái)州包夜空姐預(yù)約（微信180-4582-8235）提供頂級(jí)外圍女上門，可滿足你的一切要求極光和發(fā)光現(xiàn)象如史蒂夫和尖樁柵欄變得越來(lái)越常見(jiàn)，11月是在北緯地區(qū)進(jìn)行史蒂夫觀測(cè)的好月份。因?yàn)樗羞@些短暫的發(fā)光現(xiàn)象都是由太陽(yáng)風(fēng)暴和太陽(yáng)日冕物質(zhì)拋射引發(fā)的，所以臨近的太陽(yáng)最大值是研究像史蒂夫和尖樁柵欄這樣罕見(jiàn)事件的理想時(shí)間。
Gasque在上個(gè)月發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》雜志上的一篇論文中描述了柵欄背后的物理學(xué)，并將于12月14日在舊金山舉行的美國(guó)地球物理聯(lián)盟會(huì)議上的一次受邀演講中討論這些結(jié)果。
她計(jì)算出，在比極光形成區(qū)域更靠南的高層大氣區(qū)域，平行于地球磁場(chǎng)的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生柵欄的色譜。如果是正確的，這個(gè)不尋常的過(guò)程對(duì)物理學(xué)家如何理解地球磁層和空間邊緣的電離層之間的能量流動(dòng)有影響，磁層圍繞著地球并保護(hù)地球免受太陽(yáng)風(fēng)的影響。
“在某些情況下，這將顛覆我們對(duì)極光中產(chǎn)生光和能量的建模，”Gasque說(shuō)。
“關(guān)于克萊爾的論文，真正有趣的事情是，我們幾年前就知道史蒂夫光譜告訴我們正在發(fā)生一些非常奇特的物理現(xiàn)象。我們只是不知道它是什么，”該論文的合著者、SSL助理研究物理學(xué)家布萊恩·哈丁說(shuō)。"克萊爾的論文表明平行電場(chǎng)能夠解釋這種奇異的光譜."
這篇論文是Gasque博士論文的附帶項(xiàng)目，主要關(guān)注地球表面的火山等事件與我們頭頂100公里或更高的電離層現(xiàn)象之間的聯(lián)系。
但在2022年的一次會(huì)議上聽(tīng)到史蒂夫的消息后——現(xiàn)在已經(jīng)成為強(qiáng)熱發(fā)射速度增強(qiáng)的首字母縮寫——她忍不住想探究史蒂夫和柵欄背后的物理學(xué)。
“這真的很酷，”她說(shuō)。"這是目前太空物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一."
史蒂夫和柵欄的物理學(xué)
常見(jiàn)的極光是在太陽(yáng)風(fēng)激發(fā)地球磁層中的粒子時(shí)產(chǎn)生的，通常位于地表以上1000公里以上的高度。這些帶電粒子繞著地球磁場(chǎng)線向兩極盤旋，在那里它們撞擊并激發(fā)高層大氣中的氧和氮分子。當(dāng)這些分子松弛時(shí)，氧氣發(fā)出特定頻率的綠色和紅色光，而氮?dú)猱a(chǎn)生一點(diǎn)紅色，但主要是藍(lán)色的發(fā)射線。
由此產(chǎn)生的五顏六色、閃閃發(fā)光的窗簾可以延伸數(shù)千公里，跨越南北緯度。
然而，史蒂夫顯示的不是單獨(dú)的發(fā)射線，而是以紫色或淡紫色為中心的一系列頻率。與極光不同，史蒂夫和尖樁柵欄都不會(huì)發(fā)出藍(lán)光，這種藍(lán)光是在最高能的粒子撞擊并電離氮時(shí)產(chǎn)生的。史蒂夫和尖樁柵欄也出現(xiàn)在比極光更低的緯度，甚至可能遠(yuǎn)至赤道以南。
一些研究人員提出，史蒂夫是由高層大氣中的離子流引起的，被稱為亞尾離子漂移，或稱SAID，盡管對(duì)于SAID如何產(chǎn)生彩色發(fā)射沒(méi)有公認(rèn)的物理解釋。
Gasque的興趣是由尖樁柵欄的排放物可能由平行于地球磁場(chǎng)的低空電場(chǎng)產(chǎn)生的建議引發(fā)的，這種情況被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)槿魏闻c磁場(chǎng)對(duì)齊的電場(chǎng)都會(huì)迅速短路并消失。
利用電離層的一個(gè)常見(jiàn)物理模型，Gasque隨后表明，在大約110公里的高度上，一個(gè)適度的平行電場(chǎng)——大約每米100毫伏——可以將電子加速到激發(fā)氧和氮的能量，并產(chǎn)生從柵欄上觀察到的光譜。該區(qū)域的異常條件，如較低密度的帶電等離子體和更多中性的氧和氮原子，可能會(huì)起到絕緣作用，防止電場(chǎng)短路。
“如果你看看柵欄的光譜，它比你想象的要綠得多。而且沒(méi)有一種藍(lán)色來(lái)自氮的電離，”蓋斯克說(shuō)。“這告訴我們，只有特定能量范圍的電子才能產(chǎn)生這些顏色，它們不可能來(lái)自遙遠(yuǎn)的太空，進(jìn)入大氣層，因?yàn)檫@些粒子具有太多的能量。”
相反，她說(shuō)，“柵欄發(fā)出的光是由粒子產(chǎn)生的，這些粒子必須在空間中被平行電場(chǎng)激發(fā)，這是一種與我們之前研究或了解的任何極光完全不同的機(jī)制。”
她和哈丁懷疑史蒂夫本身可能是由相關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的。他們的計(jì)算還預(yù)測(cè)了這一過(guò)程將產(chǎn)生的紫外線輻射的類型，這可以被檢查以驗(yàn)證關(guān)于柵欄的新假設(shè)。
她說(shuō)，雖然Gasque的計(jì)算沒(méi)有直接解決使這種現(xiàn)象看起來(lái)像柵欄的開(kāi)關(guān)輝光，但這可能是由于電場(chǎng)中的波動(dòng)。雖然被電場(chǎng)加速的粒子可能不是來(lái)自太陽(yáng)，但太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)大氣的擾亂可能引發(fā)了史蒂夫和尖樁柵欄，就像常見(jiàn)的極光一樣。
增強(qiáng)的極光呈現(xiàn)出柵欄狀的輝光
哈丁說(shuō)，下一步是通過(guò)這些現(xiàn)象從阿拉斯加發(fā)射火箭，測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。SSL科學(xué)家專門設(shè)計(jì)和制造這樣的工具。這些儀器中的許多都裝在繞地球和太陽(yáng)運(yùn)行的航天器上。
最初，目標(biāo)將是所謂的增強(qiáng)極光，這是一種普通的極光，其中嵌入了柵欄狀的發(fā)射物。
“增強(qiáng)極光基本上是嵌入正常極光中的明亮層。這些顏色和柵欄的顏色相似，沒(méi)有那么多的藍(lán)色，更多的綠色來(lái)自氧氣，紅色來(lái)自氮?dú)狻＜僭O(shè)這些也是由平行電場(chǎng)產(chǎn)生的，但它們比尖樁柵欄更常見(jiàn)，”Gasque說(shuō)。
她說(shuō)，該計(jì)劃不僅是“讓一枚火箭穿過(guò)增強(qiáng)層，首次實(shí)際測(cè)量這些平行電場(chǎng)”，還將發(fā)射第二枚火箭，在更高的高度測(cè)量粒子，“以區(qū)分導(dǎo)致極光的條件。”最終，她希望有一枚火箭能直接穿過(guò)史蒂夫和柵欄。
哈丁、蓋斯克和他的同事們今年秋天向美國(guó)國(guó)家航空航天局提出了這樣一個(gè)探測(cè)火箭計(jì)劃，并希望在2024年上半年聽(tīng)到關(guān)于其選擇的反饋。Gasque和Harding認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)是理解高層大氣、電離層和地球磁層的化學(xué)和物理的重要一步，也是一項(xiàng)符合美國(guó)國(guó)家航空航天局資助的低成本進(jìn)入太空(LCAS)計(jì)劃的建議。
“公平地說(shuō)，未來(lái)將有很多關(guān)于這些電場(chǎng)如何到達(dá)那里的研究，它們與什么波有關(guān)或無(wú)關(guān)，以及這對(duì)地球大氣層和空間之間更大的能量轉(zhuǎn)移意味著什么，”哈定說(shuō)。“我們真的不知道。克萊爾的論文是這種理解的第一步。”
Gasque對(duì)研究中間電離層或中間層和平流層的人的投入表示感謝，他們的想法幫助她找到了解決方案。
“通過(guò)這次合作，我們能夠在這個(gè)領(lǐng)域取得一些非常酷的進(jìn)展，”她說(shuō)。“老實(shí)說(shuō)，這只是跟著我們的鼻子走，并為此感到興奮。”
除了哈丁之外，她的其他合著者是大學(xué)公園賓夕法尼亞州立大學(xué)的Reza Janalizadeh、馬里蘭州勞雷爾約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的Justin Yonker和加拿大阿爾伯塔省卡爾加里大學(xué)的D. Megan Gillies。