电离层中的电子捕获等离子波以生产最亮的极光

8月和9月1859年9月，有一个主要的地磁风暴 - 又名，Carrington活动，最大的记录 - 在美国，欧洲，日本和澳大利亚各地生产令人眼花缭乱的极光。科学家长期以来一直着迷于潜在的物理过程，从而产生这种展示，但虽然理解基本机制，但我们的理解仍然不完整。据在“自然通信”期刊上发布的新论文，地球中的电子＆＃39; S电离层捕获等离子波，以便在充分的能量上加速地球以产生最亮的极光。

所谓的北极光（或南部灯处于南半球）的壮观万花筒效果是带电粒子从太阳倾倒到地球上的粒子和＃39;磁层的结果，在那里它们与氧气和氮气碰撞分子 - 激发那些分子并使它们发光的相互作用。极光通常作为天空中的闪烁丝带，绿色，紫色，蓝色和黄色色调。灯倾向于在极地区域中可见，因为粒子遵循地球和＃39; S磁场线，从极附近扇出。

有不同种类的极光显示器，如＆＃34; diffuse＆＃34;极光（地平线附近的微弱发光），Rarer＆＃34;纠察围栏＆＃34;和＃34;沙丘＆＃34;显示，和＆＃34;离散的极光弧形＆＃34; - 最强烈的品种，它在天空中出现在闪烁，起伏的光线。离散的极光弧可以如此明亮，它可以通过光线阅读报纸。 （天文学家得出结论认为，几年前赢得了绰号史蒂夫（强热排放速度增强）的现象是毕竟不是真正的极光，因为它是由电离层中加热高温的带电粒子引起的。）科学家认为存在不同的沉淀颗粒的机制加速以产生每种类型。

其中一个未答复的问题正是在与电离层碰撞之前，电子在碰撞之前是如何加速的。来自爱荷华大学，加州大学，加州大学，洛杉矶（洛杉矶）和洛杉矶太空科学研究所的物理学家热衷于探讨离散极管弧线的机制。在拟议的理论中，由于所谓的Alfvén波，所以电极加速了。

Alfvén波在等离子体中出现，第四种物质状态具有与流体和气体相似的性质，而且还含有磁性（有时电气）场。他们首次在1942年由瑞典血浆物理学家HannesAlfvén假设，并且已经在基于空间和地面等离子体中观察到。在某些条件下，Alfvén波可以用等离子体中的粒子交换能量，有时会在波浪的槽中捕获它们。有人提出，Alfvén波负责沉淀粒子的加速，最终导致离散极光弧。

据作者说，该理论是这样的。太阳能耀斑和冠状大规模弹出可以引发强大的地磁风暴。这些风暴又可以引起南部和北半球的磁场线来破裂和改革（磁重新连接），然后像拉伸的橡皮筋一样捕回地球。这种反弹推出了沿着磁场线朝地球行驶的Alfvén波，沿着越来越多地为35,000公里（近8000万英里）的方式，归功于地球的越来越高的磁场。

同时，捕获在地球上的电子磁极磁层的热速度降低。在低于20,000公里（或12,000英里）的海拔地区，Alfvén波将比电子＆＃39移动得更快;热速度。这使得电子在与＆＃34相同的方向上行进;海浪＆＃34; alfvén波。任何冲浪者都可以告诉你，捕捉波的诀窍是划桨，直到你的电路板＆＃39;速度匹配进入波浪;否则波浪将只是射击过去，让你在冲浪板上背后挥动挥动，看着其他人都有乐趣。电子基本上是相同的。

随着能量从波到电子转移，那些电子在上层大气的薄空气中与原子碰撞之前，高达20,000km / s（或4500万英里/小时），从而产生离散的极光弧。它＆＃39;在1946年理论上首次描述的苏联物理学家Lev Landau之后称为Landau Damping的现象。这效果对于粒子促进剂的稳定性也是必不可少的，因为它抑制了来自粒子束与周围环境相互作用的任何不需要的运动。电磁韦克菲尔德。

已经有一些证据支持这一理论，从AlfVén波的观察到在探测火箭和某些航天器任务期间制造的Auroras上方移动。但仍然缺乏Alfvén波和加速电子的最终测量。因此，该团队决定在UCLA＆＃39; S基本等离子科学设施的大型血浆设备（LPD）中进行一系列实验，它创造了能够支持Alfvén的等离子体 - 类似于太空中的等离子体，尽管较小，地面规模。

这是一个令人生畏的挑战，因为它们需要测量非常小的电子人群，因为它们在LPD室中加速时，接近与Alfvén波相同的速度。因此，物理学家不得不开发一些新的仪器和技术 - 不仅仅是一种足够敏感的设备，可以测量少量电子，而且还有一个高功率的天线，以推动Alfvén波的正确特性能够加速那些电子。它们还必须弄清楚如何将电子和电场的测量结合起来，以获得该加速度的独特签名。

在实验室内产生的等离子体中的所有电子在一系列速度下移动，但在一千个中少于一个速度以几乎与Alfvén波以几乎相同的速度向下移动。并且如预测，＆＃34;测量显示出这种小的电子人群经历＆＃39;共振加速＆＃39;由Alfvén波＆＃39; S电场，类似于捕获波浪并随着冲浪者与波浪一起移动而不断加速的冲浪者，＆＃34; IOWA大学的物理学家联合作者Greg Howes表示。实验结果与其预测的签名符合阻尼效果。

＆＃34;这些波可以激励创造极光的电子的想法超过四十年，但这是我们第一次＆＃39; ve能够明确地确认它有效，＆＃34;该联合作者Craig Kletzing表示，也是爱荷华大学的物理学家。 ＆＃34;这些实验让我们制作关键测量，表明空间测量和理论确实解释了创建极光的主要方式。＆＃34;