极光|科学家发现了一种新型极光：沙丘
内容简介：科学家发现了一种新型的极光类型 ， 并将之称为“沙丘” 。 考虑到极光形成的原因 ， 并类比于“波状云”的形成 ， 将这种极光形成的原因与“重力波”联系起来 。 并详细分析了“重力波”影响下这种新型极光形成的机制 。
在几千年前 ， 人们就已经开始观察极光了 ， 并且使用科学仪器来观测它们 ， 以求得到对它们更深刻的理解 。 所以你可能会觉得 ， 我们现在了解了每一种极光 。
显而易见 ， 这样的想法是错误的 。 一种新型极光 ， 就在近期被一些勇于前往寒冷的高纬度地区拍摄“北极光”的极光摄影师所发现 。
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图源：sohu
极光是由于亚原子粒子从太阳猛烈地撞击向地球（或其它星球）的大气层而产生的现象 。 粒子的移动十分迅速 ， 当它们撞击到上层大气中的原子和分子时 ， 就会使其发生电离 ， 产生一个或两个电子 。 当电子重组成他们的母原子时 ， 就会发出特定波长的光或颜色 。 颜色取决于是哪种母原子 ， 例如 ， 常见的绿色极光就是氧气所致 。 而红色极光有可能是重组氧原子或分子氮 。
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【极光|科学家发现了一种新型极光：沙丘】在这张2018年拍摄于芬兰卢奥韦西的照片中 ， 一种被称为“沙丘”的新型极光 ， 呈现为向左延伸的平行波纹 。 图片来源：Rami Valonen
像电子或质子这样的带电粒子会受到磁场的影响 ， 因此进入的粒子被磁场引向两极 。 磁场还可以将它们引导成有序序列 ， 当粒子落下时 ， 在天空中呈现出可爱的弯曲发光的弧线、帘布和丝带状 。
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图源：tuchong
然而 ， 有时会看到另一种更为漫射的光晕从垂直于弧线的方向移动过来 ， 就像一个挂在杆子上的窗帘 。 2018年10月 ， 在极光摄影师拍摄的照片中就能看到这样的神奇特殊的光芒:里面有一个鱼骨图案 ， 平行的波纹指向南方 。 它们看起来像是沙漠因风吹动的波纹 ， 因此这个极光被称为“沙丘” 。
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2018年10月 ， 从芬兰的莱蒂拉看到的“沙丘”极光 。 图片来源： Pirjo Koski
这个现象吸引了研究极光的科学家们的目光 。 他们研究了“沙丘” ， 并且发布了一篇分析它结构的论文 。 值得高兴的是 ， 两张照片是在这一现象发生的同时 ， 从相距172公里的芬兰两处地点拍摄的 ， 这使得科学家可以对它们进行三角测量(也可以利用背景中的恒星来很好地定位它们) 。 他们发现“沙丘”位于地球表面上方约100公里的高度 ， 这大概是大多数极光形成的地方 。 
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两张在芬兰相隔172公里拍摄的同一极光的同步照片显示了从不同角度拍摄的单个沙丘(标有数字) ， 通过照片可以对它们进行三角测量 。 图片来源： Pirjo Koski / Rami Valonen /AGU Advances/Palmroth et al.
但是为什么会有涟漪呢？是什么导致了这种惊人的、奇怪的形状？
我们通常是在较低的大气高度中 ， 才会见到这样类似的平行征状物 。 它们被称为重力波 ， 类似于水中的波 。 如果大气中有一层稳定的空气 ， 并且有什么东西干扰了它——比如说 ， 一股冷空气来袭 ， 或者这层空气正吹过一座山——空气就会上升 。 但是重力开始作用并把它拉回来 。 这就形成了一种振荡 ， 一种流向下游的上下往复运动 。 在低层大气中 ， 水蒸气在上升的气流中冷却会形成云 ， 当空气再次下沉时又会溶解 。 这可以产生巨大的平行条状云串 ， 我已然见过很多次这种现象(我住在落基山脉以东 ， 那里的空中经常产生重力波云) 。
虽然中间层中几乎不会出现重力波 ， 但它也是地球大气层的一层 ， 从大约50-85公里的高度延伸出来 。 中间层被称为中层或波状孔 ， 研究难度极高 。 当移动的空气与更稳定的层碰撞时 ， 重力波的形成可能类似于在低海拔大气中的方式 。
科学家认为 ， 这可能就是“沙丘”形成的原因 。 当中层空气由于波浪而上升时 ， 它会压缩上层的空气 。 这改变了空气中氧原子的密度 ， 空中将会形成类似波纹的形状 。 如果这发生在一束来自太阳的粒子抛向大气层时 ， 那么它们使密度的变化更加明显可视化！由于原子会发光 ， 有更多原子的地方就会更加发亮 。
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