極光是涉及太陽活動、地球磁場與大氣層的複雜過程，至今仍有些謎團未解開，比如最初推動這些高能粒子的電場是什麼？一項新研究給出答案，沿地球磁場方向傳播的阿耳芬波就像看不見的電源，提供能量驅動帶電粒子進入大氣層並產生極光。
阿耳芬波（Alfvén wave）又稱剪切阿耳芬波，是電漿中一種沿磁場方向傳播的波，頻率遠低於電漿迴旋頻率，磁場中導電流體垂直於磁場方向受到局部擾動時，沿著磁感線方向的磁張力提供恢復力，就會激發阿耳芬波。
極光不僅存於地球，也存在其他行星甚至彗星等天體，先前研究已揭示 2 種基本的極光加速機制：電位（electric potential）與阿爾芬加速（Alfvénic acceleration），但極光加速區域相關能量過程仍不明朗。
最近，香港大學行星科學家 Zhonghua Yao 團隊分析繞地球運行的多顆衛星包括：NASA 范艾倫探測器（Van Allen Probes）、西彌斯衛星系統（Themis）數據，提出確鑿證據證明阿耳芬波不斷將能量從磁層轉移至極光加速區，形成電位降（electric potential drop），從而維持原本會消散的電場，加速粒子產生極光。
簡單說，天空極光產生前提需高速電子撞擊大氣，如果說太陽風是極光燃料，地球磁場是導管，那麼阿爾芬波就是那個加速器，當阿耳芬波沿著磁力線向地球兩極傳播且條件合適，電子就會搭上這個波的「便車」，像衝浪者被海浪推著走一樣從波中獲得巨大動能，在最後一哩路沿磁力線加速衝向地球大氣層。
這項發現不僅豐富地球極光物理學背景，也提供適用於其他行星的通用模型基礎，比如極光粒子行為與地球相似、但能量更高的木星。
新論文發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。
- Evidence for Alfvén waves powering auroral arc via a static electric potential drop
- Alfvén waves act as the power source behind Earth’s auroral displays, research reveals
（首圖來源：pixabay）
科技新報粉絲團
加入好友
訂閱免費電子報
