世界最伟大光影秀 美科学家首次验证北极光原理

0 评论 加国无忧 51.CA 2021年6月11日 13:06 来源:BBC中文

地球上最伟大的灯光秀,北极光是自然界最神奇和绚丽的景观之一。但它究竟是怎样形成的呢?— BBC News 中文 (@bbcchinese) June 11, 2021

北极光(aurora borealis或northern lights)可能是自然界最神奇和绚丽的景观之一。它曼妙多姿、变幻莫测,好像天边跳动的巨型彩绸,引人无限遐想和向往。

许多游客还专门前往诸如北欧冰岛、芬兰、挪威等靠近北极地区国家去观看这一壮丽景象。

还有民俗传说称,能看到北极光的人很幸运,因为极光的出现需要符合一些特定的条件。

但科学家过去一直无法证明这种在天空中闪烁的光波是如何产生的。

美国爱荷华大学的研究人员现在发现,北极光是由地磁风暴期间强大的电磁波产生的。而且,他们在实验室演示了极光产生的原理。

如何展示极光产生原理?

研究人员发现,电磁波(也称为阿尔文波)会加速电子向地球移动,从而导致粒子以光的形式展现,就是我们所看到的北极光。

爱荷华大学物理和天文学副教授豪斯解释说,测量表明,一小部分电子在阿尔文电磁场的推动下发生“共振加速”,类似于冲浪者在追逐浪花的冲浪运动中,随着波浪的移动而不断加速一样。

北极光如何产生?

简单说,北极光是由太阳风(逃离太阳的带电粒子)与地球的磁场和大气相互作用的结果。

一般来说,极光常常出现于纬度靠近地磁极地区上空。极光产生的条件需要有三个:大气、磁场、高能带电粒子。

现代物理学对极光产生原理是这样描述的:地球上的极光是由于来自磁层和太阳风的带电高能粒子被地磁场导引带进地球大气层,并与高层大气中的原子碰撞造成的发光现象。

科学家们在加利福尼亚洛杉矶分校(UCLA)的大型等离子装置实验室中,通过重现这一自然现象能够证实这一发现。

他们用一个20米长的房间来模仿地球磁场。

豪斯解释说,他们使用了一个专门设计的天线,然后向机器发射阿尔文波,有点像上下快速摇动给花园浇水的橡皮管一样,并观察波浪随着软管移动。

豪斯补充说,虽然试验无法再现五颜六色的光线,但他们从计算中发现,能够证明“阿尔文波上的电子可以加速成形成极光的电子”。

有助预测太空天气

美国的科学家们表示,听到这个消息感到高兴。

美国国家航空航天局(NASA)的科恩说,他对此感到非常兴奋。他说,能看到实验室的试验来验证太空环境中的理论或模型非常罕见。

他还说,这会有助于帮助人们更好地了解太空天气情况。

“它也将对太空天气预报有用,这是NASA非常感兴趣的事。”

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