点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:一项新实验证实了极光背后的“旧”猜想
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

一项新实验证实了极光背后的“旧”猜想

来源:科技日报2021-06-17 09:54

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  天空中舞动的唯美极光,是地球上最令人叹为观止的景象之一。但多年以来,这种现象产生的原因并没有被完全理解。

  在最近一篇发表在《自然·通讯》上的论文中,科学家通过在地面模拟极光,最终将极光中粒子的加速机制指向了阿尔文波。

  阿尔文波概念已诞生近80年

  众所周知,极光是由太阳风暴吹来的粒子产生的,这些被加速的粒子沿着地球的磁感线汇聚到高纬度地区,然后如雨点般击中上层大气,与大气中的粒子互相作用形成了天空中闪耀的光幕。

  如今,科学家们通过在实验室中复制该过程,首次证明并确认了粒子加速发生的机制。正如科学家们所想的那样,正是被称为阿尔文波(Alfvén waves)的强大电磁波在沿着磁感线加速电子。

  美国爱荷华大学的物理学家Craig Kletzing说:“这些电磁波可以为创造极光的电子提供能量的想法,可以追溯到40多年前,但这是我们第一次能够明确证实它的作用。这些实验让我们进行了关键测量,表明空间测量和理论确实解释了产生极光的主要方式。”

  阿尔文波并不是很新的概念。它的概念是由诺贝尔奖得主、瑞典物理学家汉尼斯·阿尔文(Hannes Alfvén)在1942年首次描述的,即一种导电流体中沿着磁感线方向传播的横波。这种波是磁流体力学系统中能量和动量传输的重要机制。也就是说,它可以加速粒子。

  阿尔文波在地球磁感线中已经被观测到了,而航天器甚至在极光之上观察到了朝向地面的阿尔文波。人们普遍认为阿尔文波在极光的电子加速中发挥了作用,但查明确切的作用机制并不容易。

  使用大型等离子体装置进行实验

  因此,由美国惠顿学院的物理学家Jim Schroeder领导的一组科学家使用加州大学洛杉矶分校的大型等离子体装置(LAPD)仔细地观察了这一现象。LAPD是一个长20米、直径1米的圆柱形真空舱,其中拥有强大的磁场。

  美国加州大学洛杉矶分校的物理学家Troy Carter说:“这项具有挑战性的实验需要测量极少量的电子,其数量不到等离子体中电子的千分之一,这些电子以几乎与阿尔文波相同的速度沿LAPD舱移动。”

  研究小组在LAPD舱的等离子体中生成了阿尔文波,同时在与极光形成相似的条件下测量电子速度分布。他们发现阿尔文波通过波共振将能量传递给电子,共振的速度类似于波的相速度。

  爱荷华大学的物理学家Greg Howes说:“测量表明,这一小群电子在阿尔文波的电场作用下经历了‘共振加速’,类似于冲浪运动员紧跟浪头,随着波浪移动而不断加速。”

  这个过程被称为朗道阻尼(Landau damping),因为能量从波到粒子的传递对波造成了阻尼,从而防止出现不稳定性。根据研究小组的分析,电子速度产生的特征是朗道阻尼的已知特征,这表明发生了共振加速。

  通过将他们的结果与极光模型进行比较,研究小组能够证明电子的通电率(energization rate)与现实中的朗道阻尼一致。

  研究人员写道:“实验和极光模型之间每个电子的通电率是一致的。这一结果证实了最终所需要的关联,并且表明我们已经给出了直接的实验确证,即阿尔文波可以加速沉降到电离层中的电子,并产生迷人耀眼的极光。”

  (Michelle Starr撰文、Jubilee翻译,据《环球科学》)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平会见阿联酋阿布扎比王储哈立德

  • 第十三届中国网络视听大会

独家策划

推荐阅读
“HPV(人乳头瘤病毒)疫苗对印度尼西亚女性很重要,因为它能保护我们免受宫颈癌的侵害。”  维诺预计,在实现全面本土化生产后,印尼每年可生产数百万剂HPV疫苗,在稳定供应的同时显著降低接种成本,为更多女性筑起抵御宫颈癌的健康防线。
2026-04-14 09:32
青藏铁路进出藏货物累计突破1亿吨  光明日报西宁4月13日电 记者訾谦从中国铁路青藏集团有限公司获悉,青藏铁路全线通车运营20年来,进出藏铁路货运量稳步增长。
2026-04-14 09:32
不久前,国家药监局正式批准国内首例植入式脑机接口产品的医疗器械注册证,实现脑机接口医疗器械全球首发上市。脑机接口产业仍处于发展初期,设备研发、手术植入、术后康复等成本较高。
2026-04-14 09:35
如今,中国航天不断迈向深空,对制造效率和精度提出了更高要求,智能化升级刻不容缓。(作者为中国航天科技集团五院529厂特级技师、国家级技能大师工作室——“王连友技能大师工作室”专家成员,本报记者刘诗瑶采访整理)
2026-04-14 09:34
《关于加快建设分级诊疗体系的若干措施》近日公布。李大川进一步补充说,医联体内要统筹建设医学影像、病理、检验、药品供应等资源共享中心,提升医疗卫生服务同质化水平。数据显示,2025年紧密型县域医共体基层诊疗占比超63%,高于全国基层诊疗人次占比的平均水平。
2026-04-14 09:31
记者从现场获悉,截至2025年底,上海累计记录野生鸟类543种;2025年,在上海记录到野生鸟类97万只次,为近10年最高。过去一年,上海市区两级收容救护体系救护和放归野生鸟类1256只;来自上海的护鸟志愿者队伍将巡护范围扩大至上海周边地区,为区域联动开展保护鸟类执法贡献力量。
2026-04-14 09:30
我国启动“人工智能+教育”行动计划,人工智能将纳入教师资格考试和认证内容。
2026-04-13 10:04
近日,上海“无废指数”再攀新高——2025年度上海市“无废指数”达86.96,比2024年度上升1.23。
2026-04-13 10:01
前正值春耕春管关键时节,各地电力部门加大保电力度,将优质供电服务延伸至田间地头,让“满格”电力涌动在春耕生产一线。
2026-04-13 10:00
近日,国务院办公厅印发《关于加快建设分级诊疗体系的若干措施》,为新时代深化医药卫生体制改革、推进健康中国建设提供了清晰的实践路径。
2026-04-13 09:59
国际首个侵入式脑机接口医疗器械正式进入临床应用阶段,由清华大学生物医学工程学院洪波教授团队全程自主研发。
2026-04-13 09:56
我们并不缺成果、人才与产业雄心,真正要补上的,是那批能将成果带过“最后一公里”的人
2026-04-10 14:38
春风送暖,踏青正当时,但接连不断的喷嚏、鼻痒、眼痒等过敏症状,却让不少人的春日心情打了折扣。
2026-04-10 10:30
“四月不减肥,五月徒伤悲。”春暖花开,网上晒运动、轻食的人多了起来。不少人把减重当作迎接春天的第一件事,尤其对很多女性而言,拥有理想身材的第一步就是减重。
2026-04-10 10:28
9日,国家卫生健康委、中央社会工作部、中央政法委等25部门联合印发《健全社会心理服务体系和危机干预机制实施方案》,部署5方面18项主要任务,明确到2030年基本健全覆盖全人群、全生命周期的社会心理服务体系和危机干预机制。
2026-04-10 09:56
新华社北京4月9日电第十四届全国人民代表大会第四次会议通过了《中华人民共和国生态环境法典》,法典单行本已由人民出版社出版,即日起在全国新华书店发行。
2026-04-10 09:56
就说春耕:老把式一手扶犁,一手扬鞭,汗水顺着脊背往下淌……  再看今朝:铁牛代替了水牛,无人机施肥撒药,手机指挥收割浇水,早已不再是新闻。相信随着越来越多的新技术、新方法走进田野,干农业会越来越安逸,农业这碗饭会越来越有嚼头。
2026-04-10 09:56
人工智能时代,我们如何更好就业创业?如何推动人工智能与就业创业深度融合?第四期光明智库民生论坛,我们邀请专家共同探讨人工智能时代的就业创业这一新课题。
2026-04-09 10:28
2026年的智能驾驶行业,正经历一场意味深长的路线分化。
2026-04-09 10:24
在贵州,无人机的身影成为山地农业的新风景,展现出通用航空业赋能山地农业高质量发展的广阔前景。
2026-04-09 10:12
加载更多