科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生極光，但一直未能明確加速粒子的電場(chǎng)為何能持續(xù)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(xiàn)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(jī)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(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)終于揭開了這場(chǎng)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(dòng)，如同持續(xù)為地球大氣中舞動(dòng)的絢麗極光充電的"太空電池"。

這項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)由香港大學(xué)地球與行星科學(xué)部、加州大學(xué)洛杉磯分校大氣與海洋科學(xué)部聯(lián)合主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)完成。

如果將地球大氣比作舞臺(tái)，極光便是臺(tái)上的演出。要保持燈光不滅，就需要持續(xù)電流供應(yīng)。科學(xué)家們?cè)缫延^測(cè)到電場(chǎng)加速粒子下落的現(xiàn)象，但邏輯上存在巨大漏洞：若無能量來源，這些電場(chǎng)理論上應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)耗盡。

這個(gè)謎題的關(guān)鍵在于缺失的"電池"。港大研究團(tuán)隊(duì)借助對(duì)木星和土星磁層的研究專長，運(yùn)用"行星視角"破解了這個(gè)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(qiáng)大等離子波。

通過追蹤粒子在太空不同區(qū)域的運(yùn)動(dòng)，研究人員證明阿爾芬波相當(dāng)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(fā)產(chǎn)生極光的化學(xué)反應(yīng)。

為驗(yàn)證該理論，研究團(tuán)隊(duì)分析了美國宇航局范艾倫探測(cè)器和THEMIS任務(wù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星數(shù)據(jù)證實(shí)阿爾芬波不僅能穿越太空，還會(huì)在"極光加速區(qū)"持續(xù)補(bǔ)充能量。這種源源不斷的能量注入防止了電場(chǎng)衰竭，使得極光成為持久的光影表演而非瞬時(shí)閃光。

港大地球與行星科學(xué)部副教授堯中華指出："這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅為地球極光的物理學(xué)原理提供了確鑿答案，還建立了一個(gè)適用于太陽系內(nèi)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(xué)的基礎(chǔ)現(xiàn)象，這項(xiàng)研究為星系其他區(qū)域提供了"通用模型"。

堯教授補(bǔ)充道："港大團(tuán)隊(duì)長期專注于巨行星的極光過程。通過將這部分知識(shí)應(yīng)用于地球附近的高分辨率數(shù)據(jù)，我們架起了地球科學(xué)與行星探索之間的橋梁。"驅(qū)動(dòng)地球極光的隱形能量源，很可能也正是點(diǎn)燃木星、土星及其他行星壯麗極光的力量。

這項(xiàng)研究成果已于上月發(fā)表在《自然-通訊》期刊上。

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