新類型極光「STEVE」確認在較低緯度出現!色調呈神祕典雅紫

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 16 日 16:46 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

此生想親眼目睹一次極光、但又不能去極圈旅行的你,可能有個大好消息會讓你振奮。一群業餘天文愛好者與美國太空總署(NASA)合作觀測多年,終於確認了一種在更低緯度地區出現的全新類型極光,不是燦爛綠色而是神祕紫色,NASA 已將其命名為 STEVE(Strong Thermal Emission Velocity Enhancement)。



第一批記錄到 STEVE 極光的人是一群非專業、但對科學領域有貢獻價值的公民科學家與業餘愛好者,早在 2015~2016 年,他們便常將目擊報告發表在 Facebook 粉絲專頁 Alberta Aurora Chasers 以及公民科學網站 Aurorasaurus。

2016 年 7 月 25 日,加拿大公民 Notanee Bourassa(他的正職是一名 IT 技術人員)趁晚上帶著兩名年幼孩子出門探險,忽然瞧見一束紫色光乍現,20 分鐘後即消失。已觀賞綠色極光將近 30 年的 Notanee Bourassa 清楚知道,這不是傳統極光,而是另一種未知形式。

同一天夜晚,歐洲太空總署(ESA)設計專門用來探測地球磁場(從地核、地函、地殼、海洋到電離層)的 SWARM 衛星剛好在同一時間通過該地區,並記錄下 STEVE,終於,科學家第一次同時擁有地面與衛星數據。將兩者整合後發現,很明顯,STEVE 極光與傳統極光大相逕庭。

極光是地球周圍一種大規模放電過程,來自太陽的帶電粒子到達地球附近時,地球磁場會引導其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極,當帶電粒子進入極地高層大氣(> 80km)時與大氣中的中性原子和分子碰撞,能量釋放產生的光芒形成圍繞著磁極的大圓圈,也就是我們知道的極光。

傳統極光顏色主要有綠色、藍色和紅色,可以持續數小時;但公民科學報告顯示,STEVE 極光呈紫色,且帶有幾乎垂直於地面的綠色柵欄極光結構,持續時間約 20 分鐘至 1 小時就會消失。

▲ STEVE 帶有綠色柵欄結構的極光。(Source:Flickr/NASA Goddard Space Flight Center

雖然 STEVE 的形成也是太陽帶電粒子與地球磁場線相互作用,但 STEVE 獨特之處在於細節:它沿著不同的磁場線傳播、位置比傳統比極光還要高,且出現在更低緯度的加拿大南部而非極光帶。

NASA 科學家 Liz MacDonald 將 STEVE 與亞極光離子飄移(Subauroral ion drift,SAID)現象聯繫起來。SAID 是帶電粒子強烈向西的超音速流動,通常形成於極光次暴(auroral substorm)某個階段,而 STEVE 出現的地區,電場指向極地、磁場則指向地下,兩者相互影響形成一股向西的強勁流向,帶電粒子被不斷帶向西方並撞擊中性粒子,科學家認為產生向上或向西的光條紋就是 STEVE。

(Source:Flickr/NASA Goddard Space Flight Center CC BY 2.0)

當 SWARM 衛星在觀測極光時儀器也出現明顯變化,包括溫度升高 3,000℃、25 公里寬的極光帶以每秒 6 公里的速度向西奔竄(比音速還快),這些都是 SAID 的特徵。自 1970 年代以來,科學家一直在研究 SAID,但從來不知道它們還伴隨具視覺效果的可見光。

不過目前已知的 22 組 SAID 事件,找不到任何速度超過每秒 2.9 公里、或溫度比 5,900K 更高的SAID,而 STEVE 速度高了 2 倍,表明地球上層大氣在不同緯度還有不同的化學物理過程。新類型極光將幫助科學家一窺地球磁場如何與帶電粒子相互作用。這項研究發表在《Science Advances》期刊。

▲ 來看看神祕美麗的紫色極光吧。

(首圖來源:Flickr/NASA Goddard Space Flight Center CC BY 2.0)