[多图]卫星揭开极光形成之谜

出现在芬兰南部的极光
 

　　一天几次，巨大的爆炸会震颤地球的磁场，触发一系列的事件，并最后以耀眼的极光照亮两极的天空。这些爆炸被称为“亚暴”，它们是如何产生的长久以来一直是一个谜。直到最近，还没有人能解释它们是如何聚集能量进而产生如此壮观的景象的，或者是什么引发它们的。

　　现在美国宇航局（NASA）的一系列卫星终于找到了答案。它们不仅帮助我们认识了这些大自然最壮丽景象的本质，还帮助我们预报更为重要的空间天气。恶劣的空间天气会危及人造卫星和宇航员，甚至还会破坏地面上的电网。

2001年3月20日出现在芬兰南部的五彩极光，通常它们只能在更靠近北极的地方才能被看到
 

　　贯穿人类的历史，极光始终让我们着迷，这其中也不乏对它的解释。伽里略认为极光是从地球上升起的蒸汽反射阳光而成的，而笛卡尔则认为是冰晶反射阳光形成了极光。17世纪末，哈雷第一个把极光和地球磁场联系了起来。不过直到20世纪50年代科学家才确认了极光是由于磁场将电子输入上层大气而产生的。

　　极光、亚暴和更具有破坏力的某些空间天气状况都源自于太阳风。太阳风是由太阳抛射出的一团稀薄高温带电粒子，其中还夹杂着磁场和电流。太阳风“刮”过地球时的速度可以达到每小时160万千米，但是给我们的感觉却像是“轻风拂面”。原因就是地球的磁场会使得绝大部分的太阳风发生偏转，由此在地球周围形成了一个空间天气相对平静的区域，被称为“磁层”。当太阳风吹过地球的时候，磁层就会被挤压，并且犹如微风吹拂秀发一般地在地球背向太阳的一侧张开它的“保护网”。

1996年6月出现在挪威的极光。

　　虽然有了这层保护，但是太阳风还是可以干扰磁层，并且向地球上层大气输入高能粒子。于是它们就会像点亮氖管中的气体一样产生极光，而缓慢舞动的绿色光幕正是带电粒子轰击大气上层氧原子的产物。这些“宁静的极光弧”通常是十分暗弱的。“人们经常意识不到它们是极光。天空会弥漫着些许的亮光，看上去可能会有点奇怪，”加拿大卡尔加里大学监测极光的埃里克·多诺万（EricDonovan）说。

　　当亚暴在磁层中出现的时候，尽管释放的能量只相当于几百万吨的TNT炸药，但是它的效果却是实实在在的。地球磁场会发生扭动，环绕磁层的电流也会跟着剧烈搅动，在10-15分钟里极光就会覆盖天空，并且大幅度地增亮和“舞动”。“增亮成百上千倍对于极光来说并不是什么罕见的事情，”多诺万说。当高能粒子轰击大气分子的时候就会从氧和氮中激发出红光、绿光和蓝光，这时极光就会变得既流光又溢彩。

挪威森林上空的极光。
　

　现在已经知道由亚暴产生的稀薄极光弧和耀眼的极光之间的差别是由于太阳风中磁场极性不同而导致的。绝大多数情况下太阳风中的磁场和地球的是同向的，这使得太阳风可以不受干扰地通过地球。但是当两者反向的时候，它们就会连接到一起，由此为在磁层中产生亚暴提供了能量。不过这一切到底是怎么发生的目前还不是很清楚。

　　诸如日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“磁尾”卫星已经帮助我们了解了其中部分的原委。从1992年以来，“磁尾”卫星就被置于地球磁尾来研究它和太阳风的相互作用。但是一颗卫星只能告诉我们在某个点发生了什么，而无法告诉我们整个磁层快速复杂变化的全局图像。“过去我们只能进行‘探针’式的观测，”NASA戈达德航天中心的大卫·西贝克（DavidSibeck）说。

俄罗斯白海上空的极光
 

　　为了拓展视野，NASA在2007年2月发射了一系列的卫星用来捕捉亚暴是如何发生的，这些卫星被统称为“亚暴事件历史及宏观相互作用”（THEMIS）。这五颗卫星沿着各自不同的轨道绕地球运行，因此当磁层中有有趣的事情发生的时候，它们就可以从各个角度对其进行观测。

THEMIS卫星及其轨道
　　

       在发射之后三个月，THEMIS就遇到了亚暴的开始。“当时我们的五颗卫星正好排成一排且垂直于地球磁场的外边界。其中一些位于地球磁场中，另一些则位于磁场之外，”西贝克说。

　　这五颗卫星所处的地方正是绝佳的观测位置，它们的观测由此可以告诉我们太阳风是如何向磁层输入能量进而驱动亚暴的。

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