科学家们现在确切地知道是什么导致了北极光

数千年来，人类一直敬畏夜空中美丽的北极光。虽然一段时间以来我们仍然不确定是什么导致了它们，但物理学家终于弄清楚了这种现象是如何运作的。

根据发表在科学杂志《自然通讯》上的一篇新文章，这一切都始于太阳。具体来说，当太阳受到强烈干扰时，地球磁场就会猛烈地收缩。剧烈的干扰，如大规模地磁风暴，并不少见，这些事件的影响可能会延伸到太阳系以外的整个太阳系。而对于地球上的我们来说，我们通常会看到这表现为极光。

那些强烈的干扰会拉动我们星球的磁场，类似于橡皮筋。当磁场回弹时，会产生反冲，导致波动的涟漪——称为阿尔文波——发生在离地面大约 80,000 英里的地方。由于地球的磁引力，这些波越接近地球就会加速。有时，电子会在这些阿尔文波上得到提升，在它们穿过太空时的速度高达每小时 4500 万英里。

爱荷华大学物理学和天文学副教授乔治·豪斯说：“从理论上讲，这是发生能量交换的地方。但是没有人提出过明确的证明，即在极光上方太空中的适当条件下，阿尔文波实际上会加速这些电子。”

“想想冲浪，”惠顿学院的助理物理学教授、文章的主要作者吉姆施罗德说，“为了冲浪，你需要以合适的速度划桨，让海浪来接你并加速你，我们发现电子正在冲浪。如果它们相对于波浪以正确的速度移动，它们就会被捡起并加速。”

当这些电子最终到达地球稀薄的高层大气时，它们会与氧和氮分子发生碰撞。这使它们进入兴奋状态，但当它们平静下来时，它们会释放光——也就是极光。

“以前没有人真正测量过电子和阿尔文波之间的这种情况，”施罗德说。科学家们很高兴终于能够进行一项实验，该实验可以正确地测试他们对阿尔文波加速电子的预感。

通常，这样的实验需要在尽可能接近实物的环境中进行;然而，出于显而易见的原因，科学家们不可能在太空中再次测试事物、控制太阳事件或解释我们太阳系中的其他因素。相反，研究人员使用位于加州大学洛杉矶分校的基本等离子体科学设施中的大型等离子体装置来重现这种相互作用。

研究人员认为，这些发现可能会更广泛地了解粒子是如何被激发的，以及此类太阳事件如何影响地球及其周围区域(包括我们的许多卫星)。

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