研究人员成功拍摄到最快的极光闪烁

实验帮   2017-08-14 09:10

研究人员成功拍摄到最快的极光闪烁

Neal Davis科学运营中心的高速摄像机

这些是安装在阿拉斯加大学Poker Flat Research Range的Neal Davis科学运营中心的高速摄像机。图片来源:国立极地研究所(NIPR)

极光一词援引自一种以缓慢闪烁的光线照亮天空的图像。然而,当爆炸性的极光发生,被称为分裂,有时会引起另一种称为“闪烁”的现象。当极光“闪烁”时,其亮度和运动在某些地区开始迅速变化。这种闪烁通常以1/10秒的周期振荡,这相当于氧离子的离子回旋频率(* 1)。

YokoFukuda博士(东京大学科学研究所的正式职员)、国家极地研究所Ryuho Kataoka博士和其他合作者在美国阿拉斯加州的Poker Flat Research Range进行了为期3年的高速成像观察,并确定了闪烁背后的物理学。同时,他们发现了1/60-1 / 50和1/80秒速度的更快的闪烁。

在2016年3月19日,研究人员观察到一个极光,其亮度从2014年以来排在所有观察的前5名之中,并用1/160秒的快门速度相机拍摄。镜头的详细分析显示,在分裂最亮的时刻产生了1/80秒的高速闪烁的极光振动。

Fukuda博士解释说:“仅1/80秒的高速闪烁不能单独使用氧离子来解释,较轻的离子(如氢)会被认为有助于闪烁。”“在与典型的1/10秒期间闪烁的同时观察到这种高速闪烁的事实可能意味着闪烁的极光是由‘电磁离子回旋波’(*2)引起的,这都受到氧和氢离子两者的影响”。

在几千公里的高度,各种等离子体波通过加速电子和离子而被激发。这些电子最终产生极光。假设在这里发生复杂的能量交换,交换过程中等离子体波受电子和离子影响,反之亦然。

“在宇宙中发现了具有磁场的天体,地球是其中的一个。在这些天体上,我们通过加速粒子观察等离子体的激发,等离子体波和粒子之间的相互作用发生在整个天体上,Kataoka博士总结说。“然而,地球是我们唯一可以观察这些现象的地方,了解外太空等离子体的行为、等离子体波和粒子之间的相互作用是地球物理学的一个根本问题,今后我们将继续进行探究。”

*1: 离子回旋频率(Ion cyclotron frequency

围绕磁场线的电子和离子的圆周运动称为回旋加速运动。离子回旋加速频率是电子和离子在场线周围圆周的次数。它与电子和离子的质量成反比-如果质量越轻,则频率更大。频率也与磁场的强度相关;在较低的高度处磁场强度较大。

*2: 电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves

可以存在于等离子体(例如地球极光之上的空间区域)的波,其以对应于现有离子类型(氧,氦,氢等)的离子回旋频率振动。

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