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在大型极光出现之前,通常会先有另一种称为「极光项链」的特殊极光出现,但科学家不清楚这是发生在副磁暴之前的现象、还是由地球大气干扰引起。现在结合NASA西弥斯(THEMIS)卫星系统的观测数据与计算机模型,科学家能确认极光项链是引发副磁暴的前奏。

在阿拉斯加、加拿大北部、冰岛、挪威北部、芬兰或瑞典等地,都有机会于大型极光出现前留意到极光项链(auroralbeads),顾名思义,这种特殊极光看起来就像发光的珍珠项链。

不过直到现在,科学家们还是困惑不解,极光的形成是太阳带电粒子被地球磁层捕获加速、并与高层大气中原子相互作用的结果,但极光项链通常在极光开始变亮前出现,过去科学家揣测它们是由地球高层大气中的湍流所引起。

然而根据西弥斯卫星系统的观测数据与最新模型,极光项链实际上是由地球周围的太空电浆湍流引起:太阳喷射的电浆与地球磁场相互作用,会在地球后方产生漂浮的电浆气泡,气泡与磁层中较重的电浆因浮力失衡(瑞利-泰勒不稳定性,简称RT不稳定性),会产生约4,公里宽的「RT手指」,这道手指向下延伸至地球,便形成独特的珠状极光结构。

▲流体动力学中模拟的瑞利-泰勒不稳定性。(Source:ShengtaiLi,HuiLi/Attribution)。

瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylorinstability)通常发生在云与冲击波系统事件、或者密度较高的流体浮在密度较低的液体上方时,较重的物质因重力作用下沉,较轻物质被替换上升,当不稳定性发展时,向下运动造成的不规则就会被放大成为一系列「RT手指」。

理论上,RT手指可能会缠结磁力线并引起爆炸事件,即磁重联(Magneticreconnection),众所周知,这种现象会引发布满夜空的副磁暴(substorm),而新研究结果强调了较小规模结构与副磁暴之间的关联。

副磁暴与磁暴不同,后者可维持数天,且当太阳处于最大活动期时每月可发生1~2次,副磁暴仅发生在几小时内但发展快速,可能在极光区域引起高达1nT的磁场干扰(约该区域磁场总强度的2%)。

研究人员下一步是弄清极光项链如何、为何以及何时会引发副磁暴。



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