中国科学家破解极光之谜

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　　在人烟稀少的地球极地，时常会有璀璨壮丽、千变万化的美丽光带滑过夜空。出现在北极的，人们称它为“北极光”，出现在南极的则被称为“南极光”。极光出极地，生活在低纬度区域的居民，更是难以一睹它的芳容，这让极光愈显神秘。
　　2006年，中国空间学家曹晋滨等人借助4颗卫星的观测数据，揭开了极光来源之谜，欧洲空间局网站首页以“CLUSTER星座计划揭开地球极光之谜”为题，全面介绍了这项重要成果。
　　极光曾被赋予崇高的含义
　　早在2000多年，我国就已经出现了关于极光的记载，而在古代的日本、希腊、罗马也都有关于极光的文字描述。在一些民族的想像里，极光被赋予崇高的含义，比如爱斯基摩人就认它是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。由于科学知识的贫乏，在很长的时间里，人们对极光性质的解释近乎荒诞。
　　一种看法认为，极光是地球外面燃起的大火，因为北极区临近地球的边缘，所以能看到这种大火。另一种看法认为，极光是夕日西沉以后，透射反照出来的光辉。还有一种看法认为，极地冰雪丰富，它们在白天吸收阳光，贮存起来，到了夜晚释放出来，便成了极光。
     
  
        
　　进入19世纪以来，科学家试图从科学的角度来认识极光产生的原理。有研究认为，肉眼可见的极光是由太阳风（是太阳连续不断地向宇宙空间辐射出的稳定的粒子流）与大气原子冲撞产生的，这种看法一度成为极光成因的主流观点，被各种类型的科普书籍不断引述。 然而，后来空间物理学家通过观测发现，太阳风与大气原子冲撞后可以产生极光，但这种极光极其微弱，而且其沉降区主要在白天一侧，肉眼一般无法看到。
　　20世纪80年代末期，美国和欧洲科学家又在地球空间磁尾发现向地球运动的带电粒子暴发性高速流。不过，这些高速粒子流是如何产生的，是否和极光的形成存在联系，一直悬而未决。





极光产生的真正原因
　　中国空间科学研究院曹晋滨博士应邀担任欧空局CLUSTER计划的合作科学家。在这个探测主要磁层的空间计划里，有同轨的四颗卫星搜集数据。曹晋滨想，原来单点卫星在空间只是一个单点，如果利用多点卫星观测，有望了解更多关于极光的信息。

     
  
        　　经过深入的研究，曹晋滨的研究组得到了令人信服的数据：95%的磁层亚暴发射高速粒子流时，南北纬65度到70度的椭圆形带区域都出现了极光现象。可以确定，这些高速粒子流与大气原子冲撞才是极光产生的真正原因。
　　据曹晋滨介绍，所谓“磁层亚暴”是地球磁层中巨大能量贮存和突然释放的瞬变活动，大约每天发生3至4次。亚暴每次释放的能量大约相当于一次中等地震的能量，除了在地球极区空间环境的剧烈变化，还在地球电离层激发强烈扰动，影响GPS导航信号的接收，以及卫星和地球之间的通信联络。所以，这一研究成果不仅说明了极光的成因，对于空间天气研究和预报也有重大意义，并对保障飞行器和宇航员的安全、卫星的安全使用等将发挥重要作用。



极光“跳舞”之谜
　　是什么让原本微弱安静的极光在黑夜中五彩斑斓地“舞动”呢？美国宇航局表示，动态极光的产生源于地球与月球之间的巨大磁能释放。
　　
　　动态极光源于亚暴
　　美国宇航局的“西弥斯”计划利用了5颗人造卫星，对动态极光进行了1年的研究，最终解开了极光“跳舞”之谜。科学家最新研究认为，动态北极光是受地球磁层能量释放干扰所致，这种磁能释放的现象也被称为亚暴。
     
  
        
　　2008年2月，“西弥斯”卫星详细观测到了一次亚暴的开始，位于加拿大和美国阿拉斯加的地面天文台同时记录下了一次明显的北极光现象。与此同时，南极也出现了动态极光。
　　此后，美国加利福尼亚大学的科学家研究证实，在距离地球13万公里，即地球与月球距离约三分之一的地方，磁重联现象触发了两极的动态极光。
　　“西弥斯”项目首席科学家安耶洛普洛斯教授说：“我们的数据首次清晰地表明，磁重联才是亚暴背后的触发机制。”科学家西贝克解释说：“磁重联释放了这些磁场中存储的能量，猛烈地将带电粒子抛向地球大气，于是就导致了南极和北极出现极光。”
有助“太空天气预报”
　　西贝克也表示，由于科学家还存在另外一种理论，认为磁重联现象发生在距离地球更近的地方——大约为地球到月球距离的六分之一处，因此“西弥斯”计划还需要进一步观测来解决这一争议。
　　动态极光其实只是亚暴的“副产品”之一，磁暴还会影响卫星运转、破坏地球的电力和通讯系统，甚至危害到宇航员，因此这一研究成果将帮助科学家更好地理解磁暴。
　　安耶洛普洛斯说，他们希望在“西弥斯”卫星的帮助下更深入地了解亚暴，最终更准确地进行“太空天气预报”，预测类似的大规模能量释放事件何时发生，以便提前采取防范措施保护宇航员、卫星以及地面电网等。