天文学家解决了高层大气中紫色光的奥秘

STEVE（增强的热发射速度增强）被视为一条细的紫色光带。

Notanee Bourassa知道他在夜空中看到的东西不正常。Bourassa是加拿大里贾纳的IT技术员，于2016年7月25日午夜左右与两个年幼的孩子一起跋涉到家中，向他们展示天空中动人的美丽灯光-北极光。他经常凝视着天空直到清晨，用尼康相机拍摄极光，但这是他与孩子们的第一次探险。当出现一条细的紫色光带并开始发光时，Bourassa立即拍摄照片，直到20分钟后光颗粒消失。从他十几岁起就观看北极光已有30年了，他知道这不是极光。那是另一回事。

从2015年到2016年，公民科学家（例如Bourassa等人对科学领域感到兴奋，但不一定具有正规的教育背景）在网上论坛上和与一个名为“极光龙。由美国国家航空航天局（NASA）和国家科学基金会（National Science Foundation）资助的公民科学项目通过用户提交的报告和推文跟踪北极光。

由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太空科学家利兹·麦克唐纳（Liz MacDonald）领导的极光龙团队决定确定这种神秘现象的身份。麦克唐纳（MacDonald）和她在加拿大卡尔加里大学的同事埃里克·多诺万（Eric Donovan）与这些图像的主要贡献者进行了交谈，他们是Facebook组名为Alberta Aurora Chasers的业余摄影师，其中包括Bourassa和首席管理员Chris Ratzlaff。拉兹拉夫给这个现象起了一个有趣的名字，叫史蒂夫（Steve）。

但是人们仍然不知道那是什么。

科学家第一次有了STEVE（强热发射速度增强的缩写）的地面和卫星视图，STEVE是一条细的紫色发光带。如今，科学家已经知道，尽管它的名字叫STEVE，但它可能是一个非凡的难题，可以更好地描绘出地球磁场是如何起作用并与太空中的带电粒子相互作用的。学分：美国宇航局的戈达德太空飞行中心/根纳·杜伯斯坦

那天晚上，科学家对史蒂夫的理解发生了变化。布尔萨不是唯一观察史蒂夫的人。由卡尔加里大学和加利福尼亚大学伯克利分校共同运行的地面摄像机称为“全天候摄像机”，它拍摄了大片天空的照片，并捕获了史蒂夫和向北的极光显示。从太空来看，ESA（欧洲航天局）的Swarm卫星恰好同时在同一区域上空飞行，并记录了史蒂夫的身影。

科学家们第一次有了史蒂夫的地面和卫星视角。如今，科学家们已经知道，尽管它的名字叫史蒂夫（Steve），但它可能是一个非凡的难题，可以更好地描绘出地球磁场如何起作用以及如何与太空中的带电粒子相互作用。这些发现发表在今天发表在《科学进展》上的一项研究中。

麦克唐纳说：“这是一个灯光显示器，我们可以在距地面数千公里的地方观察到它。”“它对应于太空中正在发生的某种事情。在STEVE上收集更多的数据点将帮助我们更多地了解其行为及其对太空天气的影响。”

具体来说，极光和STEVE的创建过程始于太阳向地球发送其带电粒子的浪涌。这种浪涌会向地球磁场施加压力，从而将太阳的带电粒子发送到夜间的地球另一端。在地球的这一深夜，地球的磁场形成了独特的尾巴。当尾巴拉伸并伸长时，它会迫使相反方向的磁场靠近在一起，并以称为磁重连接的爆炸过程结合在一起。就像一条伸展的橡皮筋突然断裂一样，这些磁场线然后突然弹回地球，携带带电粒子一起行驶。这些带电粒子猛冲到高层大气中，使其发光并产生我们视为极光的光-现在可能是STEVE。学分：美国国家航空航天局戈达德（NASA Goddard）的概念图像实验室/ Krystofer Kim

这项研究强调了史蒂夫的一项关键素质：史蒂夫不是正常的极光。极光以椭圆形整体出现，持续数小时，主要以绿色，蓝色和红色出现。公民科学报告显示，史蒂夫（Steve）是紫色的，带有绿色的栅栏结构，波浪状起伏。这是一条有开始和结束的线。人们观察到史蒂夫消失了20分钟到1个小时。

麦克唐纳说，如果有的话，极光和史蒂夫是不同口味的冰淇淋。它们的创建方式大致相同：来自太阳的带电粒子与地球的磁力线相互作用。

史蒂夫的独特之处在于细节。尽管史蒂夫（Steve）经历了与极光相同的大规模创建过程，但它沿着与极光不同的磁场线传播。全天候相机显示，史蒂夫出现在低纬度地区。这意味着产生史蒂夫的带电粒子会连接到更接近地球赤道的磁力线，这就是为什么在加拿大南部经常见到史蒂夫的原因。

关于史蒂夫的最大惊喜也许出现在卫星数据中。数据显示，史蒂夫包含极热粒子的快速运动流，称为极光下离子漂移或SAID。自1970年代以来，科学家一直在研究SAID，但从未知道会伴随有视觉效果。Swarm卫星记录了有关带电粒子的速度和温度的信息，但船上没有成像器。

人们已经研究了很多SAID，但我们从来不知道它有可见光。该研究的合著者多诺万说：“现在，我们的相机已经足够敏感，可以拿起它了，人们的眼睛和智力对于注意到它的重要性至关重要。”多诺万（Donovan）领导着全天候摄像机网络，他的卡尔加里（Calgary）同事领导了Swarm卫星上的电场仪器。

史蒂夫（Steve）是一个重要发现，因为它位于极光下带，该纬度比大多数极光出现的纬度低，但尚未得到充分研究。首先，有了这项发现，科学家现在知道在极光下带发生了未知的化学过程，这些化学过程可能导致这种光发射。

其次，史蒂夫始终出现在极光的情况下，极光通常出现在称为极光带的较高纬度地区。这意味着在近地空间中发生了某种事情，同时导致了极光和史蒂夫。麦克唐纳说，史蒂夫可能是唯一显示高纬度极光带和低纬度亚极光带之间化学或物理联系的视觉线索。

麦克唐纳说：“史蒂夫可以帮助我们了解地球高层大气中的化学和物理过程有时会如何在地球大气层的下部产生局部显着影响。”“这提供了对地球系统整体工作原理的深入了解。”

该团队可以通过其他地面和卫星报告了解到很多有关Steve的知识，但是很少有从地面和太空同时记录Steve的情况。每颗Swarm卫星每90分钟绕地球运行一次，而Steve在特定区域只能持续长达一个小时。如果卫星在绕地球旋转时错过了史蒂夫（Steve），那么当同一颗卫星再次穿越该地点时，史蒂夫（Steve）可能会消失。

最终，俘虏史蒂夫成为了一个毅力和机率的游戏。

Bourassa说：“我希望通过及时报告目击者，研究人员可以研究数据，以便我们共同解开史蒂夫的出身，创造，物理学和零星自然的奥秘。“这令人兴奋，因为我了解得越多，我遇到的问题就越多。”

至于公民科学家给的“史蒂夫”这个名字呢？团队一直在向最初的名字和发现者致敬。但是现在是STEVE，是“增强热发射速度增强”的缩写。

出版物：伊丽莎白·麦克唐纳（Elizabeth A. MacDonald）等人，“显而易见的新科学：公民科学家带领人们发现了高层大气中的光学结构，”《科学进展》，2018年3月14日：卷4，没有3，eaaq0030； DOI：10.1126 / sciadv.aaq0030