日本民众最近目睹了不寻常的极光活动，天际出现了鲑鱼粉色和蓝色为主的极光，这是由一场巨大的磁暴引起的。研究人员利用公共和科学数据分析了这些现象，发现了新的结构细节和潜在的形成机制，对现有的极光成因理论提出了挑战。
本研究分析了其中一张拍摄到蓝色极光的照片。 图片来源：Takuya Usami
2024 年 5 月 11 日，在强大磁暴的推动下，绚丽的极光照亮了日本本州岛和北海道的天空。 通常情况下，低纬度极光会因为氧原子排放而呈现红色，但这次事件却与众不同。 鲑鱼粉色极光持续了整整一夜，就在午夜前，出现了一个引人注目、异常高大的蓝色极光。
这一奇观被智能手机视频和业余摄影爱好者拍了下来，科学家们可以将公众提供的数据与自己的数据合并，进行详细分析。
在一项新的研究中，研究人员利用蓝色极光的视频和图像绘制了极光范围图，并通过分光光度计测量验证了他们的发现。 这项研究发表在12月5日的《地球、行星和太空》上，由瑞典空间物理研究所博士后研究员南条宗太（Sota Nanjo）和日本名古屋大学空间-地球环境研究所（ISEE）的盐川和男（Kazuo Shiokawa）教授领导。
本研究还分析了另一位摄影师拍摄的蓝色主导极光。 图片来源：Mitsuhiro Ozaki
南条和盐川的研究首次将风暴期间蓝色极光的空间结构形象化。 研究人员发现，极光具有与磁场线对齐的纵向结构，这是首次在低纬度蓝色主导极光中发现这种结构。 他们还发现，极光的经度跨度约为 1200 公里，由三个分离的结构组成，高度在 400-900 公里之间。
南条和盐川的发现可能会改变我们对蓝色极光的理解。 环流是环绕地球的甜甜圈状带电粒子区域，被认为是产生低纬度极光（包括红色极光）的高能中性原子（ENAs）的来源。 根据这一模型，风暴很可能给ENAs注入了能量，从而产生了五彩缤纷的光。
然而，该小组的发现并不能简单地用这种机制来解释。 正如盐川和男解释的那样："在这项研究中，蓝色极光的纵向结构长达几百公里，这很难仅仅通过ENA活动来解释。 此外，瞬变核反应堆不太可能像本研究中观测到的那样产生与磁场线对齐的极光结构。"
另一种可能性是，极光是由于氮分子离子在阳光照射下产生共振散射造成的。 然而，该研究小组的研究表明，发生的是另一种过程，因为阳光只能照射到 700 千米的高空，而不是研究人员观测到的 400 千米。
相反，他们的研究结果可能表明了一种令人感兴趣的未知过程的可能性。盐川和男说："我们的发现表明，氮分子离子可能通过某种机制加速上升，并对蓝色主导极光的形成负责。迄今为止，人们还不太清楚分子量较大的氮分子离子是如何在如此高的海拔地区存在的。这种离子由于质量大、解离-再结合时间间隔短，不容易长时间存在，但在高海拔地区却能观察到它们。 这一过程被蒙上了一层神秘的面纱。"
总之，对蓝色主导极光（如在日本观测到的极光）的反复观测可能会为了解氮如何在这些高度出现的原理提供线索。 由于氮分子离子外流到磁层的过程对于理解地磁暴和太空辐射环境等一切问题都很重要，这些发现可以帮助我们理解发生在我们头顶数百公里高空的过程。
编译自/ScitechDaily