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覆盖大半个火星的质子极光如何形成:窃取电子是关键

逍遥摘要:据国外媒体报道,美国航空航天局(NASA)发现了照亮火星天空的一种新型极光,不过这些极光出现在火星的日照面,因此很难看到。火星大气与挥发物演化任务(MAVEN)火星探测器在火星上层大气的氢气中发现了神秘的增亮事件,揭示了粒子冲击该区域时发生的相互作用。

覆盖大半个火星的质子极光如何形成:窃取电子是关键

与地球上主要由电子引起的极光不同,火星上的极光事件主要是质子涌入造成的。目前科学家已经对这些不寻常的现象做出了解释,指出这一切可以归结于“被盗”的电子。

一开始科学家对奇特的火星极光感到很困惑。这些极光的出现,表明质子能够穿过火星的磁性“弓形激波”(bow shock,太阳风与行星磁场顶层相遇处形成的激波),并发出亮光,而这一过程通常需要电子。

研究团队利用MAVEN探测器的紫外光光谱成像仪对火星极光进行了研究,揭示了紫外光连续照射数小时的情况。与此同时,探测器的太阳风离子分析仪记录了太阳风质子的增强。据NASA称,这些质子在行进过程中以这种方式“偷取”了电子,从而在火星上大气层造就了极光。

覆盖大半个火星的质子极光如何形成:窃取电子是关键

一开始科学家对奇特的火星极光感到很困惑。这些极光的出现,表明质子能够穿过火星的磁性“弓形激波”(bow shock,太阳风与行星磁场顶层相遇处形成的激波),并发出亮光,而这一过程通常需要电子。

“答案就是盗窃,”科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的贾斯汀·戴罕(Justin Deighan)说,“当接近火星时,与太阳风一起涌入的质子从火星周围巨大的氢气云边缘窃取电子,从而转变为中性的原子。弓形激波只能转移带电粒子,因此这些中性原子一直持续通过。”

据专家介绍,相比地球上的极光,火星上这种质子极光发生的频率要高得多,这很大程度上要归结于地球具有比火星更强大的磁场。

地球上的极光较为罕见,并且只能在极地附近的小范围内看到。相比之下,火星的质子极光可以出现在任何地方。研究人员称,质子极光也可能常见于金星和土星的卫星“泰坦”(土卫六),这两个星球都缺乏磁场的保护,并且上大气层含有丰富的氢。

极光及其触发因素

南极光和北极光是发生在地球大气层中的自然奇观,又被称为“欧若拉”(Aurora)——古罗马神话中的黎明女神。北极光被称为“Aurora Borealis”,意为“北方的黎明”;南极光被称为“Aurora Australis”,意思是“南方的黎明”。

极光是地球周围一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子与地球大气层相遇,在磁场作用下,一部分粒子沿磁场线集中到南北两极。当它们进入极地的高层大气(80千米以上)时,与大气中的原子和分子(包括氢和氦)碰撞并激发,释放出围绕着磁极的光芒,即极光。地球的极光能呈现出许多种颜色,但淡绿色和粉红色是最常见的。

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