內(nèi)容簡介：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新型的極光類型，并將之稱為“沙丘”。考慮到極光形成的原因，并類比于“波狀云”的形成，將這種極光形成的原因與“重力波”聯(lián)系起來。并詳細(xì)分析了“重力波”影響下這種新型極光形成的機(jī)制。

在幾千年前，人們就已經(jīng)開始觀察極光了，并且使用科學(xué)儀器來觀測它們，以求得到對它們更深刻的理解。所以你可能會覺得，我們現(xiàn)在了解了每一種極光。

顯而易見，這樣的想法是錯(cuò)誤的。一種新型極光，就在近期被一些勇于前往寒冷的高緯度地區(qū)拍攝“北極光”的極光攝影師所發(fā)現(xiàn)。

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圖源：sohu

極光是由于亞原子粒子從太陽猛烈地撞擊向地球（或其它星球）的大氣層而產(chǎn)生的現(xiàn)象。粒子的移動(dòng)十分迅速，當(dāng)它們撞擊到上層大氣中的原子和分子時(shí)，就會使其發(fā)生電離，產(chǎn)生一個(gè)或兩個(gè)電子。當(dāng)電子重組成他們的母原子時(shí)，就會發(fā)出特定波長的光或顏色。顏色取決于是哪種母原子，例如，常見的綠色極光就是氧氣所致。而紅色極光有可能是重組氧原子或分子氮。

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在這張2018年拍攝于芬蘭盧奧韋西的照片中，一種被稱為“沙丘”的新型極光，呈現(xiàn)為向左延伸的平行波紋。圖片來源：Rami Valonen

像電子或質(zhì)子這樣的帶電粒子會受到磁場的影響，因此進(jìn)入的粒子被磁場引向兩極。磁場還可以將它們引導(dǎo)成有序序列，當(dāng)粒子落下時(shí)，在天空中呈現(xiàn)出可愛的彎曲發(fā)光的弧線、簾布和絲帶狀。

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圖源：tuchong

然而，有時(shí)會看到另一種更為漫射的光暈從垂直于弧線的方向移動(dòng)過來，就像一個(gè)掛在桿子上的窗簾。2018年10月，在極光攝影師拍攝的照片中就能看到這樣的神奇特殊的光芒:里面有一個(gè)魚骨圖案，平行的波紋指向南方。它們看起來像是沙漠因風(fēng)吹動(dòng)的波紋，因此這個(gè)極光被稱為“沙丘”。

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2018年10月，從芬蘭的萊蒂拉看到的“沙丘”極光。圖片來源：?Pirjo Koski

這個(gè)現(xiàn)象吸引了研究極光的科學(xué)家們的目光。他們研究了“沙丘”，并且發(fā)布了一篇分析它結(jié)構(gòu)的論文。值得高興的是，兩張照片是在這一現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)，從相距172公里的芬蘭兩處地點(diǎn)拍攝的，這使得科學(xué)家可以對它們進(jìn)行三角測量(也可以利用背景中的恒星來很好地定位它們)。他們發(fā)現(xiàn)“沙丘”位于地球表面上方約100公里的高度，這大概是大多數(shù)極光形成的地方。

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兩張?jiān)诜姨m相隔172公里拍攝的同一極光的同步照片顯示了從不同角度拍攝的單個(gè)沙丘(標(biāo)有數(shù)字)，通過照片可以對它們進(jìn)行三角測量。圖片來源：?Pirjo Koski / Rami Valonen /AGU Advances/Palmroth et al.

但是為什么會有漣漪呢？是什么導(dǎo)致了這種驚人的、奇怪的形狀？

我們通常是在較低的大氣高度中，才會見到這樣類似的平行征狀物。它們被稱為重力波，類似于水中的波。如果大氣中有一層穩(wěn)定的空氣，并且有什么東西干擾了它——比如說，一股冷空氣來襲，或者這層空氣正吹過一座山——空氣就會上升。但是重力開始作用并把它拉回來。這就形成了一種振蕩，一種流向下游的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在低層大氣中，水蒸氣在上升的氣流中冷卻會形成云，當(dāng)空氣再次下沉?xí)r又會溶解。這可以產(chǎn)生巨大的平行條狀云串，我已然見過很多次這種現(xiàn)象(我住在落基山脈以東，那里的空中經(jīng)常產(chǎn)生重力波云)。

雖然中間層中幾乎不會出現(xiàn)重力波，但它也是地球大氣層的一層，從大約50-85公里的高度延伸出來。中間層被稱為中層或波狀孔，研究難度極高。當(dāng)移動(dòng)的空氣與更穩(wěn)定的層碰撞時(shí)，重力波的形成可能類似于在低海拔大氣中的方式。

科學(xué)家認(rèn)為，這可能就是“沙丘”形成的原因。當(dāng)中層空氣由于波浪而上升時(shí)，它會壓縮上層的空氣。這改變了空氣中氧原子的密度，空中將會形成類似波紋的形狀。如果這發(fā)生在一束來自太陽的粒子拋向大氣層時(shí)，那么它們使密度的變化更加明顯可視化！由于原子會發(fā)光，有更多原子的地方就會更加發(fā)亮。

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2016年1月，我在博爾德縣拍攝了這張重力波云的照片。我面向南方；每個(gè)波紋中的線條都是東西走向的。圖片來源：Credit: Phil Plait

但是還有更多:當(dāng)大量的能量被排放到穩(wěn)定層以上的大氣中時(shí)，也可能導(dǎo)致中間層的孔洞。這是焦耳加熱，可能是因?yàn)樘柕牧Ｗ幼矒袅舜髿鈱佣a(chǎn)生。它們具有大量的能量，并在100公里左右的高度轉(zhuǎn)移到大氣中。

所以有可能是極光效應(yīng)照亮了這些波浪，但也有可能是它引起了它們！這方面也有合理的理由:能看到漣漪的彌漫極光很常見，但漣漪只是有時(shí)會出現(xiàn)。重力波也很常見，所以你會看到比我們通常看到的更多的波紋。但這意味著還有其他東西在幫助形成它們。關(guān)于第二種現(xiàn)象成因是什么，焦耳加熱是一個(gè)很好的猜測。

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我喜歡這個(gè)故事的一切。“業(yè)余愛好者”看到了一種新型極光，科學(xué)家研究分析了它，并找到了可能的原因。它的照片也很酷！

另外，中間層很難研究，因?yàn)樗鼪]有很多容易觀察的特征?！吧城稹睘檠芯窟@層大氣層提供了一個(gè)新的窗口，所以至少可以更好地研究它的這一方面。

現(xiàn)在有這么多攝影師前往高緯度地區(qū)拍攝美麗極光的數(shù)字圖像，這意味著我們將能獲得更多關(guān)于它們的數(shù)據(jù)，我們便能更好地理解它們。

作者: Phil Plait

FY: 句號獸

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