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  北極光，經(jīng)常被描述為地球上最偉大的“燈光秀”。幾個(gè)世紀(jì)以來，這種高緯度地區(qū)獨(dú)有的現(xiàn)象讓科學(xué)家們感到驚嘆。人們也一直在猜測(cè)北極光產(chǎn)生的原因，但從未得到證實(shí)，直到現(xiàn)在。

  根據(jù)一項(xiàng)最新發(fā)布的研究顯示，愛荷華大學(xué)的一組物理學(xué)家最終證實(shí)了，“這最絕妙的極光是由地磁暴期間強(qiáng)大的電磁波產(chǎn)生的”。

  這些現(xiàn)象，也被稱為阿爾文波(Alfven waves)，加速電子向地球移動(dòng)，導(dǎo)致粒子產(chǎn)生我們所了解的極光。

  “測(cè)量表明，這一小群電子受到阿爾芬波電場(chǎng)的‘共振加速’，這類似于沖浪者抓住一個(gè)海浪，并隨著海浪的移動(dòng)而不斷加速。”愛荷華大學(xué)物理與天文學(xué)系副教授，格雷格·豪斯(Greg Howes)表示，他是該研究的合著者。

  1946年，俄羅斯物理學(xué)家列夫·蘭道(Lev Landau)首次提出電子在電場(chǎng)上“沖浪”的理論，并將其命名為朗道阻尼(Landau damping)，他的理論現(xiàn)已得到證實(shí)。

  重現(xiàn)北極光

  幾十年來，科學(xué)家們已經(jīng)了解了極光最有可能產(chǎn)生的原因。但現(xiàn)在他們第一次能在美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)基礎(chǔ)等離子科學(xué)設(shè)施實(shí)驗(yàn)室的大型等離子體設(shè)備(LPD)里模擬出它。

  科學(xué)家們利用加州大學(xué)洛杉磯分校LPD上強(qiáng)大的磁場(chǎng)線圈，用一個(gè)20米長(zhǎng)的腔室重建了地球磁場(chǎng)。在這個(gè)腔室內(nèi)，科學(xué)家們產(chǎn)生了一種類似于地球附近空間中存在的等離子體。

  豪斯說:“我們使用一種特殊設(shè)計(jì)的天線，讓阿爾文波沿著機(jī)器上下波動(dòng)，就像快速上下?lián)u動(dòng)花園軟管那樣，然后觀察波浪沿著軟管傳播。”當(dāng)他們開始經(jīng)歷電子沿著波“沖浪”時(shí)，他們使用另一種專門的儀器來測(cè)量這些電子是如何從波中獲得能量的。

  盡管實(shí)驗(yàn)沒有重現(xiàn)我們?cè)谔炜罩锌吹降牟噬⒐?，但豪斯表示：“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中的測(cè)量結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)學(xué)計(jì)算的預(yù)測(cè)明顯一致，證明電子在阿爾文波上沖浪可以加速電子(速度高達(dá)4500萬英里/小時(shí)，約7242萬公里/小時(shí))從而產(chǎn)生極光”。

  “這些實(shí)驗(yàn)讓我們進(jìn)行了關(guān)鍵測(cè)量，由此表明空間測(cè)量和理論確實(shí)解釋了產(chǎn)生極光的主要原因，”該研究的合著者克雷格·克萊津(Craig Kletzing) 說。

  不少太空科學(xué)家聽到這個(gè)消息都欣喜若狂。美國(guó)宇航局(NASA)太陽物理學(xué)部的科學(xué)家帕特里克?科恩(Patrick Koehn)表示：“我興奮極了!通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有關(guān)太空環(huán)境的理論或模型是非常罕見的。太空明顯太龐大，無法在實(shí)驗(yàn)室中輕松進(jìn)行模擬?！?

  “它確實(shí)能幫助我們更好地了解太空天氣!該項(xiàng)目驗(yàn)證的電子加速機(jī)制在太陽系的其他地方也在發(fā)揮作用，因此它將在空間物理學(xué)中非常有用。它也將用于太空天氣預(yù)報(bào)，NASA對(duì)此非常感興趣?！笨贫髟诮o美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)絡(luò)(CNN) 的電子郵件中說。

  未來的路還很長(zhǎng)

  現(xiàn)在極光如何形成的理論已經(jīng)被證實(shí)，要預(yù)測(cè)每次風(fēng)暴的強(qiáng)度還有很長(zhǎng)的路要走。

  豪斯副教授在一封電子郵件中表示：“根據(jù)對(duì)太陽的觀測(cè)還有地球和太陽之間航天器的測(cè)量，預(yù)測(cè)特定的磁風(fēng)暴的強(qiáng)度仍然是一個(gè)懸而未決的挑戰(zhàn)?！?

  “我們已經(jīng)建立了與電子在離地球表面一萬英里的地方通過阿爾芬波沖浪的聯(lián)系，現(xiàn)在我們必須學(xué)習(xí)如何通過航天器觀測(cè)來預(yù)測(cè)阿爾芬波的強(qiáng)度，”他補(bǔ)充道。