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北极光的来源:电子在阿尔文波(Alfvén)上"冲浪"

来源:cnBeta.COM

#电子#

#阿尔文波#

04-30 21:53

人类一直对极光的壮丽闪耀着的光芒感到着迷。现在,科学家们已经证明了与极光相关的电子是如何加速向地球移动的,在那里它们与高层大气中的分子发生碰撞。这些碰撞导致了极光的发射。这项新的研究在实验室中再现了极光上方的空间条件。它表明,由地球磁场中的风暴发起的阿尔文波(Alfvén)可以加速电子,从而导致极光的明亮光芒。这些结果明确地证实了这个以前未被证实的假设。

新的实验揭示了北极光的来源。科学家们证明了在类似于地球磁层中的条件下加速电子的阿尔文波。电离带电粒子或等离子体是四种物质之一(与固体、液体和气体一起),在环绕地球的磁层中被发现。等离子体具有类似于液体和气体的特性,但它们也有磁场和电场。汉内斯-阿尔文在1942年预言,等离子体可以支持波。这些波现在被称为阿尔文波。

有一种理论之前得到了支持,即科学家们经常发现强大的电磁波,称为阿尔文波,在极光上方向地球移动。根据这一理论,阿尔文波加速电子向地球移动,导致它们沉淀并产生极光。尽管天基测量为这一理论提供了强有力的支持,但这些测量的局限性阻碍了一个明确的测试。

为了克服这些限制,研究人员在加州大学洛杉矶分校(UCLA)基础等离子体科学设施的大型等离子体装置(LAPD)上进行了实验室实验,这是一个由能源部和国家科学基金会共同支持的国家合作研究设施。在一个重现地球磁层条件的实验室实验中,研究小组向LAPD室发射阿尔文波,然后测量被阿尔文波电场加速的电子。

测量结果显示,这些特殊的电子在波的电场作用下发生了共振加速,类似于冲浪者抓住了一个波,并被波持续加速。这种波的能量转移到被加速的电子的现象被称为朗道阻尼。研究小组将对波的电场和电子的测量结合起来,产生了朗道阻尼的电子加速的独特特征。通过模拟和建模,他们表明实验中测得的加速特征与预测的朗道阻尼特征一致。

实验、模拟和建模的一致性提供了第一个直接的测试,表明阿尔文波可以产生加速的电子,从而引起极光。

责编: 爱集微

爱集微

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