认识STEVE,以及你将在夜空中发现的7种其他神秘发光体

从北极光到闪电
Ryan Sault saulty72@hotmail.com

如果你在2008年3月28日晚上在加拿大东部抬头看,你可能会看到一条明亮的白紫色丝带在天空中蜿蜒而上,这是你以前从未见过的景象。会是闪电吗?烟花?也许是一艘宇宙飞船终于带来了来自最近宜居星球的第一批使者?

不,这只是STEVE。

STEVE不是你友好的邻居外星人——它是一个首字母缩略词:Strong Thermal Emission Velocity Enhancement(强热发射速度增强)。简单来说,它很热。非常热。紫色弧线实际上是一群向西飞行的电子,它们在大气中达到了超过5600摄氏度(超过10100华氏度)的温度。这比太阳表面还要热,使其成为地球附近最热的地方,尽管它出现的几率非常罕见。卡尔加里大学的博士后研究员、最近发表在《地球物理学研究快报》上关于STEVE的论文的第一作者Bea Gallardo-Lacourt说道。

自STEVE首次被观星者引起天体物理学家注意以来,Gallardo-Lacourt一直在研究它。(这个现象之所以得到这个不寻常的名字,是因为业余天文学家根据电影《篱笆里的兔子》中的一个场景,将其戏称为“史蒂夫”。)

STEVE长达数千公里,宽数十公里,它抢尽了风头——或者更确切地说,它本身就是风头。

STEVE仍然相对害羞——Gallardo-Lacourt说,过去十年里只有30个事件被相机捕捉到,这很不寻常。但是,尽管它们与其他更著名的天空光现象有明显相似之处,但不要将它们与极光混淆。虽然这两种现象都将天空描绘成明亮多彩的发光带,但Gallardo-Lacourt及其在卡尔加里大学和加州大学洛杉矶分校的同事上周进行的研究表明,它们并非同一事物。

green ribbons of light snake against a night sky
在冰岛可见的极光。David Phan

极光出现在更高的纬度:最著名的两个是北极光和南极光,分别可以在北半球和南半球的高纬度地区看到。当拍打地球磁层(围绕地球的磁场)的太阳风将电子和质子震落,使其落入大气层的上层——电离层时,极光就形成了。科学家们仍然不知道这是如何发生的,但当这些微小的粒子与其他大气分子(如氧气)碰撞时,碰撞会以彩色光的形式释放能量。

另一方面,STEVE出现在较低的纬度——比极光更靠近赤道——并且在Gallardo-Lacourt的研究中,她发现这个过程中没有释放粒子。她专注于2008年STEVE事件,该事件与美国国家海洋和大气管理局的一颗卫星擦肩而过。极轨环境卫星-17能够测量穿过大气的粒子。但当STEVE出现时,它并没有探测到任何东西。

所以科学家们仍然不知道STEVE的原因。Gallardo-Lacourt认为,可能有什么东西正在加热电离层的一小部分到极高的温度,并将粒子加速穿过夜空。但这并不能解释为什么STEVE会出现在天空的特定区域,或者是什么赋予了它明亮的白紫色。光线的颜色取决于释放能量的粒子类型。例如,北极光呈绿色的原因是极光形成的高层大气中氧气含量很高。STEVE的白光是所有颜色的组合,这意味着涉及很多不同的分子——但在距离地表100英里处的电离层中,并没有那么多样的分子。

即使STEVE让我们摸不着头脑,它也不是唯一照亮夜空的东西,而且它们也并非都是极光。以下是下次你去观星时可能看到的其他一些令人惊叹的自然光秀。

ELVES

它们可能没有尖耳朵,但它们诡异的绿色光晕足以令人惊叹。ELVES(光发射和极低频扰动,由电磁脉冲源引起)的外观很容易被误认为是UFO,它们在雷暴上方形成一个不断膨胀的发光圆盘。它们持续时间大约为一毫秒,因为风暴的电力会为大气中的氮分子提供能量,其高度与极光相当。因此,尽管它们可以覆盖数百平方英里,但就像它们神秘的对应物一样,它们太短暂,人类无法捕捉到。

earth from space at night
看到图片左侧大气中的红色斑点了吗?那是红色精灵。NASA

红色精灵

精灵与它们的同伴们一同出现在高层大气中。当闪电击中地面时,会在雷云上方数英里处产生一个足够强的电场,足以将惰性空气变成导体,就像荧光灯管一样。这会引发短暂的、几乎瞬时的细长条纹状光芒。“每次精灵事件都有一个父闪电,”NASA戈达德太空飞行中心的研究员Burcu Kosar说。这些手指状的投影可以向下延伸数十英里,如果天气晴朗且有好的相机,你就可以将其拍下来。尽管它们看起来是红色的(由于氮分子被激发),但精灵实际上是由冷等离子体组成的。

蓝色喷流

蓝色喷流是雷暴带来的另一种大气现象。与红色精灵一起,它们被认为是由闪电产生的,闪电会将电荷发送到云层上方,而不是向下传递到地面。但尽管它们比天空中的其他电光现象离地球更近,但这些蓝色的能量漏斗却很少被发现,而且了解甚少。

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这张图片是在国际空间站拍摄的,可以看到空气辉光。NASA

空气辉光

即使在最黑暗的夜晚,天空中仍然有微弱的光芒。那就是空气辉光。它形成于地球大气层的外围,那里正受到宇宙粒子和太阳粒子的撞击。结果,高层大气中的分子不断地相互反应或与太阳射线反应,以光的形式释放少量能量。虽然从我们的角度来看并不总是显而易见的,但在从太空拍摄的照片中,你可以清楚地看到绿色和红色的光层像舒适的发光茧一样包裹着地球。

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闪电是我们晚上在天空中看到的最常见的光之一。NOAA国家严重风暴实验室

闪电

闪电如此普遍,以至于它已成为我们文化的一部分:对古希腊人来说,那是宙斯的作品;而今天,它在电影中为悬疑场景增添了超自然的传奇色彩。即使我们知道它有自然的原因,它仍然令人敬畏。毕竟,这是一股高达十亿伏特的电流从天而降。在风暴期间,风暴云中的水和冰粒子相互碰撞,产生电荷梯度。云的顶部带正电,底部带负电,就像天空中的一个蓬松电池。随着电荷差的增大,它们需要被平衡,而闪电就是完美的桥梁。有时,电流只是在云中的正负区域之间流动,在天空中产生闪光——但地球也是一个相当好的带正电的目标,这就是为什么它经常被击中的原因。

 

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