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你親眼見過極光嗎?地球南極光和北極光並不一樣!

1月
26
2019

2019年1月26日00時 博科園

博科園

多年來科學家們一直認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的帶電粒子引起。因為帶電粒子遵循這些場線,所以極光互為鏡像就說得通了。然而在2009年,科學家們發現極光在北極和南極周圍的外觀是不同的,包括形狀不同,發生在不同的位置——這種現象被稱為不對稱。現在美國地球物理聯盟出版的《地球物理研究:空間物理學》上發表了一項新的研究,解釋了這種不對稱性是如何產生,並導致地球兩極附近極光顯示的差異。新研究發現,極光的差異可能是由於太陽風和太陽磁場擠壓地球的磁尾造成。

博科園-科學科普:當到達地球的太陽磁場指向東西方向時,它與地球磁場相互作用在南北方向是不同的。這導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傾斜的陰面。這種傾斜解釋了為什麼極光有時會有不同的形狀,出現在兩極的不同位置。新發現與以前的不對稱理論認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。新研究發現,事實上尾巴的重新連接減少了這種不對稱。挪威卑爾根大學(University

of Bergen)的博士研究生、這項新研究的第一作者安德斯說:研究表明,它實際上可能是相反的,磁尾的重新連接實際上減少了這種不對稱性。

這項新研究不僅解釋了為什麼夜空中南北兩種光出現不同,而且還幫助科學家更好地理解地球和太陽之間的相互作用。這些知識對於準確預測太空天氣事件的發生地點和時間非常重要,因為這些天氣事件會對我們的電網、衛星和太空人造成嚴重破壞。發表在《地球物理年鑑》(Annales

Geophysicae)上的一篇相關論文詳細描述了2001年8月地磁風暴期間出現的不對稱現象,並論證了將地球空間,即太陽與地球之間的相互作用,視為一個不對稱系統的重要性。如果不包括這些不對稱性,我們對太陽 - 地球系統的理解將遠未完成,模型將無法準確預測地球空間現象的位置和時間。

產生極光

地核產生的磁場延伸到我們星球周圍的外層空間,形成一個稱為磁層的磁場屏障,保護地球免受來自太陽的帶電粒子傷害。太陽發出自己的磁場,稱為行星際磁場,或IMF,由太陽風攜帶並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。來自太陽的太陽風將這些交叉磁場線移動到地球的陰暗面,並將其拉伸成一條遠離地球的尾巴——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,它們就會彈回地球,加速附近的粒子,並在地球的高層大氣中形成極光。

由於這些磁力線可能不是最初相互連接的磁力線,科學家們認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並連接回地球。研究人員認為是尾巴的重新連接導致了南北半球極光的不同。但是,新的研究表明事實並非如此。這項新研究考察了北半球和南半球同時出現多個不對稱極光圖像,以及這些極光是如何隨著時間的推移而演化,因此他們可以看到同樣的現象一次又一次地發生。然後將其與磁尾的活動聯繫起來。新研究表明,極光的不對稱性隨著尾重連進展而減少。

此外即使幾乎沒有重新連接發生,這種不對稱也會持續存在。因此,新的研究表明,尾巴的重新連接並不是造成這種不對稱的原因。相反,新的研究發現,正是施加在磁尾上的壓力差異導致了極光差異。磁尾不斷受到太陽風擠壓,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,這種擠壓取決於IMF的定位。JGR-Space Physics的主編邁克·里莫恩(Mike

Liemohn)說:這項研究解釋了不對稱是如何產生的,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,這一結果意義重大。

博科園-科學科普|研究/來自:美國地球物理聯盟

參考期刊文獻:《地球物理研究期刊》,《Annales Geophysicae》

DOI: 10.1029/2018JA025869

DOI: 10.5194/angeo-36-1577-2018

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