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你親眼見過極光嗎？地球南極光和北極光并不一樣！

2019-05-05 17:18 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

多年來科學(xué)家們一直認(rèn)為北極周圍的極光和南極周圍的極光是一樣的。

兩極由磁力線連接，極光是由沿著磁力線流動(dòng)的帶電粒子引起。因?yàn)閹щ娏Ｗ幼裱@些場線，所以極光互為鏡像就說得通了。然而在2009年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)極光在北極和南極周圍的外觀是不同的，包括形狀不同，發(fā)生在不同的位置——這種現(xiàn)象被稱為不對稱。現(xiàn)在美國地球物理聯(lián)盟出版的《地球物理研究：空間物理學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)新的研究，解釋了這種不對稱性是如何產(chǎn)生，并導(dǎo)致地球兩極附近極光顯示的差異。新研究發(fā)現(xiàn)，極光的差異可能是由于太陽風(fēng)和太陽磁場擠壓地球的磁尾造成。

博科園-科學(xué)科普：當(dāng)?shù)竭_(dá)地球的太陽磁場指向東西方向時(shí)，它與地球磁場相互作用在南北方向是不同的。這導(dǎo)致不對稱加載的壓力到地球磁場′s和地球磁場引入了一個(gè)傾斜的陰面。這種傾斜解釋了為什么極光有時(shí)會(huì)有不同的形狀，出現(xiàn)在兩極的不同位置。新發(fā)現(xiàn)與以前的不對稱理論認(rèn)為這是造成解體和地球磁場線重新連接′s磁尾，這一過程被稱為尾巴重新連接。新研究發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上尾巴的重新連接減少了這種不對稱。挪威卑爾根大學(xué)(University of Bergen)的博士研究生、這項(xiàng)新研究的第一作者安德斯說：研究表明，它實(shí)際上可能是相反的，磁尾的重新連接實(shí)際上減少了這種不對稱性。

這項(xiàng)新研究不僅解釋了為什么夜空中南北兩種光出現(xiàn)不同，而且還幫助科學(xué)家更好地理解地球和太陽之間的相互作用。這些知識對于準(zhǔn)確預(yù)測太空天氣事件的發(fā)生地點(diǎn)和時(shí)間非常重要，因?yàn)檫@些天氣事件會(huì)對我們的電網(wǎng)、衛(wèi)星和宇航員造成嚴(yán)重破壞。發(fā)表在《地球物理年鑒》(Annales Geophysicae)上的一篇相關(guān)論文詳細(xì)描述了2001年8月地磁風(fēng)暴期間出現(xiàn)的不對稱現(xiàn)象，并論證了將地球空間，即太陽與地球之間的相互作用，視為一個(gè)不對稱系統(tǒng)的重要性。如果不包括這些不對稱性，我們對太陽 - 地球系統(tǒng)的理解將遠(yuǎn)未完成，模型將無法準(zhǔn)確預(yù)測地球空間現(xiàn)象的位置和時(shí)間。

產(chǎn)生極光

地核產(chǎn)生的磁場延伸到我們星球周圍的外層空間，形成一個(gè)稱為磁層的磁場屏障，保護(hù)地球免受來自太陽的帶電粒子傷害。太陽發(fā)出自己的磁場，稱為行星際磁場，或IMF，由太陽風(fēng)攜帶并與地球磁場相互作用。在某些條件下，在地球的晝面，太陽行星際磁場線和地球的磁場線可以被撕裂和交叉。來自太陽的太陽風(fēng)將這些交叉磁場線移動(dòng)到地球的陰暗面，并將其拉伸成一條遠(yuǎn)離地球的尾巴——磁尾。最終這些交叉的場線被拉開，地球場線與地球場線重新連接，IMF場線與IMF場線重新連接。一旦磁場線閉合，它們就會(huì)彈回地球，加速附近的粒子，并在地球的高層大氣中形成極光。

由于這些磁力線可能不是最初相互連接的磁力線，科學(xué)家們認(rèn)為這些新的磁力線可能不是對稱排列，可能在南北半球的不同位置被扭曲并連接回地球。研究人員認(rèn)為是尾巴的重新連接導(dǎo)致了南北半球極光的不同。但是，新的研究表明事實(shí)并非如此。這項(xiàng)新研究考察了北半球和南半球同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)不對稱極光圖像，以及這些極光是如何隨著時(shí)間的推移而演化，因此他們可以看到同樣的現(xiàn)象一次又一次地發(fā)生。然后將其與磁尾的活動(dòng)聯(lián)系起來。新研究表明，極光的不對稱性隨著尾重連進(jìn)展而減少。

此外即使幾乎沒有重新連接發(fā)生，這種不對稱也會(huì)持續(xù)存在。因此，新的研究表明，尾巴的重新連接并不是造成這種不對稱的原因。相反，新的研究發(fā)現(xiàn)，正是施加在磁尾上的壓力差異導(dǎo)致了極光差異。磁尾不斷受到太陽風(fēng)擠壓，正是這種來自不同方向的不均勻擠壓，造成了兩極極光顯示的差異，這種擠壓取決于IMF的定位。JGR-Space Physics的主編邁克·里莫恩(Mike Liemohn)說：這項(xiàng)研究解釋了不對稱是如何產(chǎn)生的，又是如何消除的，這與我和許多研究人員的想法完全相反，因此，這一結(jié)果意義重大。