来自地球磁层的神秘史蒂夫光发射

多年来，来自加拿大的业余极光观察者注意到神秘的淡紫色和绿色光条纹，似乎在夜空中跳舞。但直到 2016 年，他们才与科学家分享了他们的彩色图像，科学家们很快将灯光秀确定为一种新型的高层大气现象，并被戏称为史蒂夫。公民科学家的其他贡献现在正在帮助研究人员识别不同类型的 STEVE 排放，并限制它们在地球大气中的产生方式和位置。

科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的研究人员朱向宁说：“科学家们几年来就知道，STEVE 不是一种常规类型的极光，因为它出现在低纬度地区并具有不同的颜色。” “但这些光发射究竟是如何在地球大气层高处形成的，仍然是个谜。”

STEVE 的反义词是“强热辐射速度增强”，它通常表现为一条狭窄的紫色带状拱形穿过天空。这条丝带有时伴随着涟漪绿灯，在照片中看起来像尖桩篱笆。由于紫色和绿色的灯并不总是一起出现，楚想确定这两个灯是否共享同一个驱动程序，但他不确定如何做到这一点——直到2018年7月17日发生了一个幸运的巧合。

那天晚上，相距 400 公里的两名公民科学家拍摄了同一 STEVE 事件的图像。由于这些照片是从两个不同角度同时拍摄的，因此楚和他的团队能够执行简单的三角测量，从而为他们提供图像中每个点的准确位置。

研究人员随后分析了这些信息，试图确定史蒂夫司机的位置。“我们不确定是否应该在离地球 100-400 公里的电离层的一部分，或离地表约 30,000 公里的磁层中观察，”楚说。

对 2018 年 STEVE 事件的公民科学家照片的分析显示，紫色和绿色光发射发生在不同的高度，但沿相同的磁场线。这表明它们是由距地球表面近 30,000 公里的同一磁层区域驱动的。图片来源：Neil Zeller，来自Chu 等人。2020 年。

研究人员已经知道绿色“尖桩”遵循地球的磁力线。Chu 团队的分析表明，紫色和绿色的发射位于相同的磁场线上，尽管位于不同的高度。由于它们在广泛的高度范围内遵循相同的场线，因此在电离层中没有已知的局部机制可以解释它们。

“我们的分析表明，紫色和绿色 STEVE 发射是由相同的狭窄区域驱动的，所以它一定是磁层，”他说。“这支持了我们之前的研究，该研究提供了证据，表明 STEVE 的驱动区域位于磁层中的一个尖锐边界，该边界以强波和粒子加速为标志。”

电离层和磁层的耦合是空间物理学的基本主题之一，尽管这个过程通常只在发生极光的高纬度地区考虑。但是楚说，他们的结果表明，在低纬度地区也可能发生强耦合，在磁层和电离层之间传输大量的能量和动量。

据 Chu 说，如果没有公民科学家的帮助，这项研究是不可能进行的。“我要感谢 Neil Zeller 和 Colin Chatfield，他们非常乐意为这项分析提供他们的照片，”他说。“我鼓励其他公民科学家将他们的图像提交给艾伯塔极光追逐者 Facebook 小组。”

Chu 说，关于 STEVE 仍有许多未解决的问题，包括它是如何产生的，公民科学家可能会继续在这项研究中发挥重要作用。“我们受到 STEVE 事件数量和适当观察的限制，”楚说。“这是一个全新的机制，以前从未报道过。如果我们能解决这个问题，我们就会有更多的信息可以添加到我们的教科书中。”

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