研究发现位于极高空的超音速等离子体创造了炫目的极光表演
来自太阳的电子在地球上空3万公里高空产生的电能推动下，最终形成了南北极光的耀眼显示。根据《科学报告》杂志上的新研究，极光的一个关键成分存在于比以前认为的更高的空间。极地夜空中炫目的光影显示需要一个“加速器”来推动带电粒子穿过大气层。名古屋大学的科学家和日本、台湾地区和美国的同事发现，它存在于地球表面3万公里以外的地方，不仅对地球，而且对其他星球也有类似的作用。
极光的形成始于超音速等离子体以高速、带电粒子的形式从太阳推向太空。当这些带电粒子接近地球时，它们会沿着地球的磁场线发生偏转和漏斗，最终流向两极。
"磁层中的大多数电子并没有到达高层大气中被称为电离层的部分，因为它们被地球磁场所排斥，"名古屋大学空间地球环境研究所的今城顺解释说，他是这项研究的第一作者。
但一些粒子得到了能量的提升，加速它们进入地球的高层大气，在那里它们与高度约100公里的氧原子和氮原子发生碰撞并激发它们的活力。当这些原子从激发状态放松后，就会发出极光。不过，关于这个过程的许多细节仍然是个谜。"我们暂时还不知道加速电子进入电离层的电场是如何产生所有细节，甚至不知道它离地球有多高，"今城顺说。
科学家们曾假设电子加速发生在地球上方1000至20000公里的高度。但这项新研究却揭示了加速区域实际上会延伸到3万公里以外。"我们的研究表明，加速极光粒子的电场可以沿着磁场线存在于任何高度，而不限于几千公里处电离层和磁层之间的过渡区域，这表明，未知的磁层机制正在发挥作用。"
该团队通过研究来自美国和加拿大的地面成像仪和日本卫星Arase上的电子探测器的数据得出了这一发现，Arase是一颗研究地球内磁层辐射带的卫星。这些数据取自2017年9月15日，当时Arase处于约3万公里的高度，并位于薄薄的活跃极光弧内数分钟。该团队能够测量电子和质子的上下运动，最终发现电子的加速区域从卫星上方开始，并延伸到卫星下方。
为了进一步研究这个所谓的极高空加速区域，该团队下一步的目标是分析多个极光事件的数据，比较高空和低空观测数据，并进行电动势的数值模拟。了解这种电场是如何形成的，将为理解地球和其他行星（包括木星和土星）上的极光发射和电子传输填补空白。