科学家首次直接观测到北极光背后的“电子嬉戏”

北极光和南极光，也被称为北极光和南极光，千年来一直让人类着迷。古人只能推测它们的来源，通常把这些色彩斑斓的展品归因于逝去的灵魂或其他神灵。科学家们最近才揭示了极光工作的基本原理，但直到现在，他们还无法直接观察到这一过程的关键部分。

在一项新的研究中，发表在《自然》杂志上，一个国际研究团队描述了第一次直接观察到脉动极光背后的机制。虽然他们并没有确切地发现在天空中跳舞的灵魂，但他们关于啸声合唱波和“嬉戏”电子的报告仍然相当惊人。

极光始于来自太阳的带电粒子，这些粒子可以以一种被称为太阳风的稳定流和被称为日冕物质抛射(CMEs)的巨大喷发的形式释放出来。其中一些太阳物质可能会在几天后到达地球，届时带电粒子和磁场会触发已经困在地球磁层中的其他粒子的释放。当这些粒子如雨点般进入上层大气时，它们与某些气体发生反应，导致它们发光。

的不同的颜色极光的种类取决于所涉及的气体以及它们在大气中的高度。例如，氧气在大约60英里高的地方发出绿黄色的光，在更高的高度发出红色的光，而氮发出蓝色或红紫色的光。

极光有各种各样的风格，从微弱的光片到充满活力的波纹丝带。这项新研究的重点是脉动极光，即出现在地球表面上方约100公里(约60英里)的两个半球高纬度地区闪烁的光斑。该研究的作者写道:“这些风暴的特征是从黄昏到午夜极光变亮，随后是明显的极光弧的剧烈运动，突然破裂，随后在黎明出现弥漫的、脉动的极光斑块。”

他们解释说，这一过程是由“磁层中的全局重构”驱动的。磁层中的电子通常沿着地磁场反弹，但有一种特殊的等离子体波——听起来令人毛骨悚然。”合唱波——似乎使它们像雨点一样落在高层大气中。这些下落的电子会引发我们称为极光的光显示，尽管一些研究人员质疑合唱波是否强大到足以诱导电子产生这种反应。

东京大学的行星科学家、该研究的主要作者笠原聪(Satoshi Kasahara)表示，新的观测结果表明它们确实存在。Kasahara在一份报告中说:“我们第一次直接观察到电子通过合唱波的散射产生的粒子降水进入地球大气。声明．"沉淀电子通量的强度足以产生脉动极光"

科学家们一直无法直接观察到这种电子散射(或如新闻稿中所描述的“电子嬉闹”)，因为传统传感器无法识别人群中的沉淀电子。所以Kasahara和他的同事们制作了他们自己的专门的电子传感器，用来探测由合唱波驱动的极光电子的精确相互作用。该传感器安装在Arase航天器上，该航天器由日本航空宇宙开发机构(JAXA)于2016年发射。

研究人员还发布了下面的动画来说明这个过程:

研究人员补充说，这项研究中描述的过程可能并不局限于我们的星球，它也可能适用于木星和土星的极光，在这两个星球上合唱波也被检测到，以及太空中的其他磁化物体。

科学家研究极光是有实际原因的，因为引发极光的地磁暴也会干扰地球上的通信、导航和其他电力系统。但即使没有，我们仍然会分享我们祖先对这些看似神奇的光的本能的好奇心。