北極上空首發現「太空颶風」,在地磁平靜時期打開快速能量傳遞通道

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 03 日 16:14 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


驚人的電漿風暴首度被觀察到出現在北極上空,就像低層大氣的颱風/颶風會帶來狂風暴雨一樣,它在高層大氣肆虐旋轉、傾倒大量帶電粒子,打開了外太空帶電粒子快速進入地球高層大氣的通道,維持約 8 小時後才慢慢消散。

2014 年 8 月 20 日這天,由中國山東大學領導的團隊利用美國國防氣象衛星(DMSP)、主動磁層與行星電動力學響應實驗(AMPERE)獲取全球場向電流分布數據,再結合中國中科院國家太空科學中心的三維磁流體力學模擬,於北極上方電離層發現這場太空風暴。

建立 3D 圖像後,發現電漿風暴橫跨約 1,000 公里寬,由幾個沿著逆時針方向旋轉的螺旋臂組成,風暴外圍強烈擾動,但風暴中心相對平靜,和發生在低層大氣的熱帶氣旋(颱風/颶風,具體依照氣旋生成地命名)非常相似,因此被團隊稱為「太空颶風」(Space hurricane)。

這也是科學家首次在地球大氣中觀測到太空颶風的證據。

過去科學家便很好奇,與低層大氣的中性粒子環境不同,高層大氣為電漿(帶電粒子)環境,後者是否有可能也存在類似熱帶氣旋的現象?如果存在,代表在該情況下日地能量耦合過程效率會大幅提高。

由於熱帶氣旋與大量能量有關,因此太空颶風的能量勢必也相當可觀,必須有異常巨大且快速的太陽風與帶電粒子拋向地球高層大氣並被轉移才能產生,這也會打開從太空到電離層與增溫層的快速能量傳遞通道,科學家直指,這種事件將明顯影響太空天氣,比如衛星阻力增加、高頻無線電通訊干擾、衛星導航通訊系統出錯率增加、超視距雷達出錯率增加等。

更令人好奇的是,這場太空颶風發生在地磁活動極端平靜的時期,說明太空風暴的發生率相對普遍,就算地磁活動趨向平靜,極區仍可能發生堪比磁暴活動的局部劇烈地磁擾動與能量注入現象。且不僅有地球高層大氣,或許太陽系其他行星或其他系外行星上也是如此。

新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

(首圖來源:山東大學