首次从地球上看到罕见的“极地雨”极光 _地球

与这张照片中的极光不同，罕见的极地雨极光没有显示出明显的模式或运动。（图片来源：sarawut via Getty Images）
据美国太空网（Keith Cooper）：日本和美国的研究人员表示，2022年在北极上空观测到的一次异常平滑和令人费解的圣诞节极光是由太阳直接发出的电子“暴雨”造成的。
这是第一次从地面上看到这种罕见的极光，而且它是在太阳风的阵风几乎完全减弱的时候出现的，在地球周围留下了一个平静的区域。
通常情况下，极光会像五月在世界各地看到的那样移动和脉动，在天空中有清晰可辨的形状。这些极光显示器由来自太阳风的电子提供动力，太阳风是一股从太阳流出的带电粒子流，这些粒子被困在地球磁场的一个延伸部分，称为磁尾。当太空天气变得极端时，比如当日冕物质抛射（CME）——来自太阳的等离子体和磁场的大量抛射——被释放时，磁尾可能会被夹?。ū鸬Ｐ模?它会再生）。被困在那里的电子沿着地球的磁力线流向两极。当它们这样做的时候，它们会遇到地球大气层中的分子，与它们碰撞，促使它们发出极光的颜色（蓝色表示氮排放，绿色或红色表示氧，取决于其海拔高度）。
然而，2022年12月25日至26日的平滑极光却大不相同。由挪威朗伊尔城的全天空电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）相机拍摄的极光是一种微弱的、毫无特色的辉光，跨度2485英里（4000公里）。它没有结构，没有脉冲，也没有变化的亮度。以前从未从地球上看到过像这样的极光。
为了解开这个谜团，东京电力通信大学空间科学与无线电工程中心的细川敬介领导的一个团队将这种平淡的极光与国防气象卫星计划（DMSP）极轨卫星上的特殊传感器紫外线扫描成像仪（SSUSI）所见进行了比较。DMSP由美国国家海洋和大气管理局和美国太空军代表美国国防部运营。

极地雨极光的卫星图像A'是从卫星上俯瞰北极帽的极光的紫外线图像。“B’是一张观察南极帽的类似图像，显示那里没有极光。‘C’和‘D’分别显示了北极帽上离子和电子的能量，‘E’和‘F’显示了无极光的南极帽上的能量。（图片来源：科学进展（2024）。DOI:10.1126/sciadv.and5276）
卫星从上面看到了极光，发现它具有一种名为极雨极光的罕见极光的所有特征，这种极光以前只在太空中看到过。
正常的太阳风每秒行进约250英里（400公里）。然而，太阳的热日冕充满了空洞，尤其是在太阳纬度较高的地方，一股异常“快速”的太阳风以每秒500英里（800公里）的速度从那里喷出。有时，这些日冕空洞会出现在低纬度地区，这就是2022年圣诞节期间发生的事情，当时正值正常太阳风的停止。
在日冕空洞的位置，太阳的磁力线是开放的——它们不会循环回到太阳的表面，即光球层上。当开放的磁力线延伸到太空中时，冠状洞形成了一个磁漏斗的底部，高能电子从中流出。

极地雨极光是如何发生的，电子从太阳上的日冕空洞中流出。（图片来源：《科学进展》（2024）。DOI:10.1126/sciadv.and5276）
在极雨极光的情况下，这些电子穿越太空，开放的磁力线与北极上方的地球磁场相连，使电子能够直接降落在两极，而不是被困在磁尾中。
通常情况下，我们不会注意到这种情况的发生，因为规则的极风粒子会散射从日冕洞发出的快风电子。然而，在这种情况下，太阳风的压力已经降低到可以忽略不计的程度，快速风电子可以不受阻碍地到达地球。
此外，当投影到地球与太阳的距离时，这个磁漏斗开口的直径约为4600英里（7500公里）。这就是为什么极光看起来如此平滑；从太阳发出的开放式磁通管覆盖的区域比地球的北极帽更广。因为电子是高能的，极光发射的是纯绿色而不是红色，因为在大气层深处电离氧气需要更多的能量。
最有力的证据是，DMSP卫星只在地球北磁极上空看到了极雨极光，在北半球冬季，北磁极向太阳倾斜。
Hosokawa的团队在他们发表的研究论文中说：“当太阳风消失时，DMSP观察到能量>1keV的强烈电子流，这使得即使从地面上也能看到极雨极光，它是明亮的绿色发射。” 。
此前，轨道卫星上的粒子探测器对极地雨本身进行了深入研究，但此类研究很少。这些光滑的极光通常在地面上肉眼看不到。因此，直到现在，还没有人知道2022年圣诞节期间让天空变绿的光滑、无特色的极光是什么。完整的解释可以在6月21日出版的《科学进展》杂志上找到。