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首次從地球上看到罕見的“極地雨”極光

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首次從地球上看到罕見的“極地雨”極光


與這張照片中的極光不同，罕見的極地雨極光沒有顯示出明顯的模式或運動 。（圖片來源：sarawut via Getty Images）
據美國太空網（Keith Cooper）：日本和美國的研究人員表示，2022年在北極上空觀測到的一次異常平滑和令人費解的圣誕節極光是由太陽直接發出的電子“暴雨”造成的 。
這是第一次從地面上看到這種罕見的極光，而且它是在太陽風的陣風幾乎完全減弱的時候出現的，在地球周圍留下了一個平靜的區域 。
通常情況下，極光會像五月在世界各地看到的那樣移動和脈動，在天空中有清晰可辨的形狀 。這些極光顯示器由來自太陽風的電子提供動力，太陽風是一股從太陽流出的帶電粒子流，這些粒子被困在地球磁場的一個延伸部分，稱為磁尾 。當太空天氣變得極端時，比如當日冕物質拋射（CME）——來自太陽的等離子體和磁場的大量拋射——被釋放時，磁尾可能會被夾?。ū鸕Ｐ模?它會再生） 。被困在那里的電子沿著地球的磁力線流向兩極 。當它們這樣做的時候，它們會遇到地球大氣層中的分子，與它們碰撞，促使它們發出極光的顏色（藍色表示氮排放，綠色或紅色表示氧，取決于其海拔高度） 。
然而，2022年12月25日至26日的平滑極光卻大不相同 。由挪威朗伊爾城的全天空電子倍增電荷耦合器件（EMCCD）相機拍攝的極光是一種微弱的、毫無特色的輝光，跨度2485英里（4000公里） 。它沒有結構，沒有脈沖，也沒有變化的亮度 。以前從未從地球上看到過像這樣的極光 。
為了解開這個謎團，東京電力通信大學空間科學與無線電工程中心的細川敬介領導的一個團隊將這種平淡的極光與國防氣象衛星計劃（DMSP）極軌衛星上的特殊傳感器紫外線掃描成像儀（SSUSI）所見進行了比較 。DMSP由美國國家海洋和大氣管理局和美國太空軍代表美國國防部運營 。

首次從地球上看到罕見的“極地雨”極光


極地雨極光的衛星圖像A'是從衛星上俯瞰北極帽的極光的紫外線圖像 ?！癇’是一張觀察南極帽的類似圖像 ， 顯示那里沒有極光 ?！瓹’和‘D’分別顯示了北極帽上離子和電子的能量，‘E’和‘F’顯示了無極光的南極帽上的能量 。（圖片來源：科學進展（2024） 。DOI:10.1126/sciadv.and5276）
衛星從上面看到了極光，發現它具有一種名為極雨極光的罕見極光的所有特征，這種極光以前只在太空中看到過 。
正常的太陽風每秒行進約250英里（400公里） 。然而，太陽的熱日冕充滿了空洞，尤其是在太陽緯度較高的地方，一股異?！翱焖佟钡奶栵L以每秒500英里（800公里）的速度從那里噴出 。有時，這些日冕空洞會出現在低緯度地區，這就是2022年圣誕節期間發生的事情 ， 當時正值正常太陽風的停止 。
在日冕空洞的位置，太陽的磁力線是開放的——它們不會循環回到太陽的表面，即光球層上 。當開放的磁力線延伸到太空中時，冠狀洞形成了一個磁漏斗的底部，高能電子從中流出 。

首次從地球上看到罕見的“極地雨”極光


極地雨極光是如何發生的，電子從太陽上的日冕空洞中流出 。（圖片來源：《科學進展》（2024） 。DOI:10.1126/sciadv.and5276）
在極雨極光的情況下，這些電子穿越太空 ， 開放的磁力線與北極上方的地球磁場相連，使電子能夠直接降落在兩極，而不是被困在磁尾中 。
通常情況下，我們不會注意到這種情況的發生，因為規則的極風粒子會散射從日冕洞發出的快風電子 。然而，在這種情況下，太陽風的壓力已經降低到可以忽略不計的程度，快速風電子可以不受阻礙地到達地球 。
此外，當投影到地球與太陽的距離時，這個磁漏斗開口的直徑約為4600英里（7500公里） 。這就是為什么極光看起來如此平滑；從太陽發出的開放式磁通管覆蓋的區域比地球的北極帽更廣 。因為電子是高能的，極光發射的是純綠色而不是紅色，因為在大氣層深處電離氧氣需要更多的能量 。
最有力的證據是，DMSP衛星只在地球北磁極上空看到了極雨極光，在北半球冬季，北磁極向太陽傾斜 。
Hosokawa的團隊在他們發表的研究論文中說：“當太陽風消失時，DMSP觀察到能量>1keV的強烈電子流 ， 這使得即使從地面上也能看到極雨極光，它是明亮的綠色發射 ?！?。
此前 ， 軌道衛星上的粒子探測器對極地雨本身進行了深入研究，但此類研究很少 。這些光滑的極光通常在地面上肉眼看不到 。因此 ， 直到現在，還沒有人知道2022年圣誕節期間讓天空變綠的光滑、無特色的極光是什么 。完整的解釋可以在6月21日出版的《科學進展》雜志上找到 。