[多圖]衛(wèi)星揭開極光形成之謎

出現(xiàn)在芬蘭南部的極光
 

　　一天幾次，巨大的爆炸會(huì)震顫地球的磁場，觸發(fā)一系列的事件，并最后以耀眼的極光照亮兩極的天空。這些爆炸被稱為“亞暴”，它們是如何產(chǎn)生的長久以來一直是一個(gè)謎。直到最近，還沒有人能解釋它們是如何聚集能量進(jìn)而產(chǎn)生如此壯觀的景象的，或者是什么引發(fā)它們的。

　　現(xiàn)在美國宇航局（NASA）的一系列衛(wèi)星終于找到了答案。它們不僅幫助我們認(rèn)識了這些大自然最壯麗景象的本質(zhì)，還幫助我們預(yù)報(bào)更為重要的空間天氣。惡劣的空間天氣會(huì)危及人造衛(wèi)星和宇航員，甚至還會(huì)破壞地面上的電網(wǎng)。

2001年3月20日出現(xiàn)在芬蘭南部的五彩極光，通常它們只能在更靠近北極的地方才能被看到
 

　　貫穿人類的歷史，極光始終讓我們著迷，這其中也不乏對它的解釋。伽里略認(rèn)為極光是從地球上升起的蒸汽反射陽光而成的，而笛卡爾則認(rèn)為是冰晶反射陽光形成了極光。17世紀(jì)末，哈雷第一個(gè)把極光和地球磁場聯(lián)系了起來。不過直到20世紀(jì)50年代科學(xué)家才確認(rèn)了極光是由于磁場將電子輸入上層大氣而產(chǎn)生的。

　　極光、亞暴和更具有破壞力的某些空間天氣狀況都源自于太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是由太陽拋射出的一團(tuán)稀薄高溫帶電粒子，其中還夾雜著磁場和電流。太陽風(fēng)“刮”過地球時(shí)的速度可以達(dá)到每小時(shí)160萬千米，但是給我們的感覺卻像是“輕風(fēng)拂面”。原因就是地球的磁場會(huì)使得絕大部分的太陽風(fēng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此在地球周圍形成了一個(gè)空間天氣相對平靜的區(qū)域，被稱為“磁層”。當(dāng)太陽風(fēng)吹過地球的時(shí)候，磁層就會(huì)被擠壓，并且猶如微風(fēng)吹拂秀發(fā)一般地在地球背向太陽的一側(cè)張開它的“保護(hù)網(wǎng)”。

1996年6月出現(xiàn)在挪威的極光。

　　雖然有了這層保護(hù)，但是太陽風(fēng)還是可以干擾磁層，并且向地球上層大氣輸入高能粒子。于是它們就會(huì)像點(diǎn)亮氖管中的氣體一樣產(chǎn)生極光，而緩慢舞動(dòng)的綠色光幕正是帶電粒子轟擊大氣上層氧原子的產(chǎn)物。這些“寧靜的極光弧”通常是十分暗弱的。“人們經(jīng)常意識不到它們是極光。天空會(huì)彌漫著些許的亮光，看上去可能會(huì)有點(diǎn)奇怪，”加拿大卡爾加里大學(xué)監(jiān)測極光的埃里克·多諾萬（EricDonovan）說。

　　當(dāng)亞暴在磁層中出現(xiàn)的時(shí)候，盡管釋放的能量只相當(dāng)于幾百萬噸的TNT炸藥，但是它的效果卻是實(shí)實(shí)在在的。地球磁場會(huì)發(fā)生扭動(dòng)，環(huán)繞磁層的電流也會(huì)跟著劇烈攪動(dòng)，在10-15分鐘里極光就會(huì)覆蓋天空，并且大幅度地增亮和“舞動(dòng)”。“增亮成百上千倍對于極光來說并不是什么罕見的事情，”多諾萬說。當(dāng)高能粒子轟擊大氣分子的時(shí)候就會(huì)從氧和氮中激發(fā)出紅光、綠光和藍(lán)光，這時(shí)極光就會(huì)變得既流光又溢彩。

挪威森林上空的極光。
　

　現(xiàn)在已經(jīng)知道由亞暴產(chǎn)生的稀薄極光弧和耀眼的極光之間的差別是由于太陽風(fēng)中磁場極性不同而導(dǎo)致的。絕大多數(shù)情況下太陽風(fēng)中的磁場和地球的是同向的，這使得太陽風(fēng)可以不受干擾地通過地球。但是當(dāng)兩者反向的時(shí)候，它們就會(huì)連接到一起，由此為在磁層中產(chǎn)生亞暴提供了能量。不過這一切到底是怎么發(fā)生的目前還不是很清楚。

　　諸如日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的“磁尾”衛(wèi)星已經(jīng)幫助我們了解了其中部分的原委。從1992年以來，“磁尾”衛(wèi)星就被置于地球磁尾來研究它和太陽風(fēng)的相互作用。但是一顆衛(wèi)星只能告訴我們在某個(gè)點(diǎn)發(fā)生了什么，而無法告訴我們整個(gè)磁層快速復(fù)雜變化的全局圖像。“過去我們只能進(jìn)行‘探針’式的觀測，”NASA戈達(dá)德航天中心的大衛(wèi)·西貝克（DavidSibeck）說。

俄羅斯白海上空的極光
 

　　為了拓展視野，NASA在2007年2月發(fā)射了一系列的衛(wèi)星用來捕捉亞暴是如何發(fā)生的，這些衛(wèi)星被統(tǒng)稱為“亞暴事件歷史及宏觀相互作用”（THEMIS）。這五顆衛(wèi)星沿著各自不同的軌道繞地球運(yùn)行，因此當(dāng)磁層中有有趣的事情發(fā)生的時(shí)候，它們就可以從各個(gè)角度對其進(jìn)行觀測。

THEMIS衛(wèi)星及其軌道
　　

       在發(fā)射之后三個(gè)月，THEMIS就遇到了亞暴的開始。“當(dāng)時(shí)我們的五顆衛(wèi)星正好排成一排且垂直于地球磁場的外邊界。其中一些位于地球磁場中，另一些則位于磁場之外，”西貝克說。

　　這五顆衛(wèi)星所處的地方正是絕佳的觀測位置，它們的觀測由此可以告訴我們太陽風(fēng)是如何向磁層輸入能量進(jìn)而驅(qū)動(dòng)亞暴的。

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