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2020-07-13

新类型极光「STEVE」确认在较低纬度出现!色调呈神祕典雅紫

新类型极光「STEVE」确认在较低纬度出现!色调呈神祕典雅紫

此生想亲眼目睹一次极光、但又不能去极圈旅行的你,可能有个大好消息会让你振奋。一群业余天文爱好者与美国太空总署(NASA)合作观测多年,终于确认了一种在更低纬度地区出现的全新类型极光,不是灿烂绿色而是神祕紫色,NASA 已将其命名为 STEVE(Strong Thermal Emission Velocity Enhancement)。

第一批记录到 STEVE 极光的人是一群非专业、但对科学领域有贡献价值的公民科学家与业余爱好者,早在 2015~2016 年,他们便常将目击报告发表在 Facebook 粉丝专页 Alberta Aurora Chasers 以及公民科学网站 Aurorasaurus。

2016 年 7 月 25 日,加拿大公民 Notanee Bourassa(他的正职是一名 IT 技术人员)趁晚上带着两名年幼孩子出门探险,忽然瞧见一束紫色光乍现,20 分钟后即消失。已观赏绿色极光将近 30 年的 Notanee Bourassa 清楚知道,这不是传统极光,而是另一种未知形式。

同一天夜晚,欧洲太空总署(ESA)设计专门用来探测地球磁场(从地核、地函、地壳、海洋到电离层)的 SWARM 卫星刚好在同一时间通过该地区,并记录下 STEVE,终于,科学家第一次同时拥有地面与卫星数据。将两者整合后发现,很明显,STEVE 极光与传统极光大相逕庭。

极光是地球周围一种大规模放电过程,来自太阳的带电粒子到达地球附近时,地球磁场会引导其中一部分沿着磁场线集中到南北两极,当带电粒子进入极地高层大气(> 80km)时与大气中的中性原子和分子碰撞,能量释放产生的光芒形成围绕着磁极的大圆圈,也就是我们知道的极光。

传统极光颜色主要有绿色、蓝色和红色,可以持续数小时;但公民科学报告显示,STEVE 极光呈紫色,且带有几乎垂直于地面的绿色栅栏极光结构,持续时间约 20 分钟至 1 小时就会消失。

新类型极光「STEVE」确认在较低纬度出现!色调呈神祕典雅紫

STEVE 带有绿色栅栏结构的极光。

虽然 STEVE 的形成也是太阳带电粒子与地球磁场线相互作用,但 STEVE 独特之处在于细节:它沿着不同的磁场线传播、位置比传统比极光还要高,且出现在更低纬度的加拿大南部而非极光带。

NASA 科学家 Liz MacDonald 将 STEVE 与亚极光离子飘移(Subauroral ion drift,SAID)现象联繫起来。SAID 是带电粒子强烈向西的超音速流动,通常形成于极光次暴(auroral substorm)某个阶段,而 STEVE 出现的地区,电场指向极地、磁场则指向地下,两者相互影响形成一股向西的强劲流向,带电粒子被不断带向西方并撞击中性粒子,科学家认为产生向上或向西的光条纹就是 STEVE。

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当 SWARM 卫星在观测极光时仪器也出现明显变化,包括温度升高 3,000℃、25 公里宽的极光带以每秒 6 公里的速度向西奔窜(比音速还快),这些都是 SAID 的特徵。自 1970 年代以来,科学家一直在研究 SAID,但从来不知道它们还伴随具视觉效果的可见光。

不过目前已知的 22 组 SAID 事件,找不到任何速度超过每秒 2.9 公里、或温度比 5,900K 更高的SAID,而 STEVE 速度高了 2 倍,表明地球上层大气在不同纬度还有不同的化学物理过程。新类型极光将帮助科学家一窥地球磁场如何与带电粒子相互作用。这项研究发表在《Science Advances》期刊。

来看看神祕美丽的紫色极光吧。