在民間愛好者的幫助下解釋了天空中的紫色燈光之謎

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】Notanee Bourassa知道他在夜空中看到的並不正常。2016年7月25日，在加拿大Regina的IT技師Bourassa長途跋涉，帶著兩個年幼的孩子在他的家外面，向他們展示了一個美麗的移動燈光在天空中的極光。他經常在天空凝視著天空直到凌晨，用尼康相機拍攝極光，但這是他和孩子們的第一次探險。當一束薄紫色的光帶出現並開始發光時，布拉沙立即拍下照片，直到20分鐘後，光粒子消失了。在他十幾歲的時候，他已經看了近30年的北極光，他知道這不是極光。這是別的東西。從2015年到2016年，公民科學家——像布拉薩這樣對科學領域很感興趣的人，但不一定有正式的教育背景——在網上論壇上分享這些神秘的光的30份報告，還有一個由科學家組成的團隊，他們管理著一個名為Aurorasaurus的項目。

史蒂夫和銀河在加拿大馬尼托巴湖的Childs湖，這幅畫是由11幅圖像拼接而成的。圖片版權：Krista Trinder

由美國國家航空航天局和美國國家科學基金會資助的「公民科學」項目通過用戶提交的報告和推特來追蹤北極光。由Liz MacDonald領導的Aurorasaurus團隊，由位於馬里蘭州Greenbelt的美國航空航天局戈達德太空飛行中心的太空科學家，授予他們確定這一神秘現象的身份。麥克唐納和她的同事埃里克多諾萬(Eric Donovan)在加拿大卡爾加里大學(University of Calgary)採訪了這些圖片的主要貢獻者，他們是一個名為阿爾伯塔·奧羅拉(Alberta Aurora)的Facebook群組的業餘攝影師，其中包括布拉薩(Bourassa)和首席執行官克里斯·拉茨拉夫(Chris Ratzlaff)。Ratzlaff給了這個現象一個有趣的新名字。但是人們仍然不知道它是什麼。科學家對史蒂夫的理解改變了他的照片。布拉薩不是唯一一個觀察史蒂夫的人。

加州大學伯克利分校(University of Calgary)和加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)運行的地面攝像機，被稱為全天空攝像機(all-sky攝影機)，拍攝了大片天空，並捕捉到了史蒂夫和極光(極光)在遙遠的北方。從太空中，歐洲航天局(ESA)的「蜂群」衛星恰好在同一時間通過了準確的區域，並記錄了史蒂夫的情況。科學家們第一次對史蒂夫進行了地面和衛星的觀測。科學家們現在已經學會了，儘管它的名字很普通，但史蒂夫可能是一幅非凡的拼圖，描繪了地球磁場如何作用，以及如何與太空中的帶電粒子相互作用。這一研究結果發表在今天的《科學進展》雜誌上。麥克唐納說：這是一種光顯示，我們可以在離地面幾千公里的地方觀察。」它與太空中發生的事情相對應。收集更多關於史蒂夫的數據將幫助我們更多地了解它的行為及其對太空天氣的影響。

史蒂夫(強烈的熱發射速度增強)是在2018年3月10日，在當地時間午夜之後，在加拿大阿爾伯塔省的Crossfield。史蒂夫能被看見大約30分鐘。圖片版權：Chris Ratzlaff

這項研究強調了史蒂夫的一個關鍵品質：史蒂夫不是一個正常的極光。極光在全球範圍內呈橢圓形，最後幾個小時出現在綠色、藍色和紅色中。《公民科學》的報告顯示，史蒂夫是紫色的，有一種綠色的尖樁柵欄結構。這是一條有始有終的線。人們觀察史蒂夫的時間是20分鐘到1小時然後才消失。麥克唐納說：如果說有什麼不同的話，那就是auroras和Steve是不同口味的冰淇淋。它們都是以同樣的方式產生的：來自太陽的帶電粒子與地球的磁場線相互作用。史蒂夫的獨特之處在於細節，當史蒂夫和極光一起經歷同樣的大規模創作過程時，它會沿著不同的磁場線走，而不是極光。全天空攝像機顯示史蒂夫出現在更低的緯度。這意味著，創造史蒂夫的帶電粒子連接到離地球赤道更近的磁場線，這就是為什麼史蒂夫經常出現在加拿大南部。

也許史蒂夫最驚訝的事出現在衛星數據上。數據顯示史蒂夫包含了一股快速流動的極熱粒子，稱為亞極光離子漂移。自20世紀70年代以來，科學家們一直在研究艾滋病，但從未發現有伴隨的視覺效果。這群衛星記錄了帶電粒子的速度和溫度信息，但沒有在飛機上成像。人們研究過很多艾滋病，但我們從來不知道它有可見光。現在我們的相機足夠敏感，人們的眼睛和智力對於它的重要性是至關重要的，多諾萬領導了全天空攝像機網路，他的卡爾加里同事們領導了這一群衛星上的電場儀器。史蒂夫是一個重要的發現，因為它的位置在亞極光區，一個比大多數極光出現的地方更低的緯度地區。首先有了這個發現，科學家們現在知道在亞極光區發生了未知的化學過程，從而導致了這種光的發射。

具體來說極光和史蒂夫的創造過程始於太陽向地球發送大量的帶電粒子。這一激增對地球磁場施加了壓力，磁場將太陽的帶電粒子送到地球的遠端，即夜間。在地球的這個遙遠的夜晚，地球的磁場形成了一個獨特的尾巴。當尾巴拉伸並拉長時，它就會將反向定向的磁場緊密結合在一起，形成一個稱為磁重連接的爆炸過程。就像一個被拉伸的橡皮筋突然斷裂，這些磁力線就會反彈向地球，攜帶帶電粒子。這些帶電粒子猛烈撞擊上層大氣，使其發光併產生我們看到的極光——現在可能是史蒂夫。圖片版權：NASA Goddard"s Conceptual Image Lab/Krystofer Kim

其次史蒂夫總是出現在極光的出現，這通常發生在高緯度地區，稱為極光區。這意味著在近地空間發生了一些事情，導致了極光和史蒂夫。史蒂夫可能是唯一一個在高緯度極光區和低緯度亞極光區之間顯示化學或物理聯繫的視覺線索。史蒂夫可以幫助我們理解地球上層大氣中的化學物質和物理過程有時會在地球大氣層的低層產生局部顯著的影響，這就很好地解釋了地球系統是如何運作的。團隊可以通過更多的地面和衛星報告了解史蒂夫的很多情況，但同時將史蒂夫從地面和空間同時記錄下來是很少見的事情。每一顆衛星每90分鐘繞地球一圈，而史蒂夫只能在一個特定的區域持續一個小時。如果這顆衛星繞地球飛行，史蒂夫可能會在同一顆衛星再次穿過地球的時候消失。最後，捕捉史蒂夫成為了一種堅持和可能性的遊戲。及時報告目擊事件的同時，研究人員可以研究這些數據，這樣我們就可以一起解開史蒂夫的起源、創造、物理學和散發性的謎團。關於「史蒂夫」這個名字是由公民科學家給出的嗎?該團隊將其作為對其最初名稱和發現者的敬意。但現在是STEVE，是熱發射速度增強的縮寫。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Science Advances

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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