科學家發現了驅動地球極光的"太空電池"

此前人們已知帶電粒子撞擊地球大氣層會產生極光，但一直未能明確加速粒子的電場為何能持續供能而不衰竭。

北極光長久以來一直是最具神秘感的大氣現象。我們雖知其源于高能粒子與地球氣體的劇烈碰撞，卻始終無法完全破解其形成機制——尤其是何種無形之力能以如此驚人的速度將這些粒子推向地球？

近日，一個國際研究團隊終于揭開了這場光影秀背后的"隱形能源"——阿爾芬波。這些等離子波沿著地球磁力線涌動，如同持續為地球大氣中舞動的絢麗極光充電的"太空電池"。

這項突破性發現由香港大學地球與行星科學部、加州大學洛杉磯分校大氣與海洋科學部聯合主導的研究團隊完成。

如果將地球大氣比作舞臺，極光便是臺上的演出。要保持燈光不滅，就需要持續電流供應。科學家們早已觀測到電場加速粒子下落的現象，但邏輯上存在巨大漏洞：若無能量來源，這些電場理論上應在數秒內耗盡。

這個謎題的關鍵在于缺失的"電池"。港大研究團隊借助對木星和土星磁層的研究專長，運用"行星視角"破解了這個地球謎題。研究揭示阿爾芬波正是這枚"電池"——它們是沿著地球磁力線傳播的強大等離子波。

通過追蹤粒子在太空不同區域的運動，研究人員證明阿爾芬波相當于天然粒子加速器。這些波輸送的能量將帶電粒子推入地球大氣深處，引發產生極光的化學反應。

為驗證該理論，研究團隊分析了美國宇航局范艾倫探測器和THEMIS任務的觀測數據。衛星數據證實阿爾芬波不僅能穿越太空，還會在"極光加速區"持續補充能量。這種源源不斷的能量注入防止了電場衰竭，使得極光成為持久的光影表演而非瞬時閃光。

港大地球與行星科學部副教授堯中華指出："這項發現不僅為地球極光的物理學原理提供了確鑿答案，還建立了一個適用于太陽系內外其他行星的普適模型。"該研究的意義超越了解決地球局部謎題。由于阿爾芬波是等離子體物理學的基礎現象，這項研究為星系其他區域提供了"通用模型"。

堯教授補充道："港大團隊長期專注于巨行星的極光過程。通過將這部分知識應用于地球附近的高分辨率數據，我們架起了地球科學與行星探索之間的橋梁。"驅動地球極光的隱形能量源，很可能也正是點燃木星、土星及其他行星壯麗極光的力量。

這項研究成果已于上月發表在《自然-通訊》期刊上。

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