认识“史蒂夫”:一种奇异的新型天空现象

公民科学家和航天机构卫星携手发现一种新型极光

这张艺术家概念图展示了欧洲航天局运营的地球观测卫星群“Swarm”在地球生动的极光之上运行。Swarm的磁场测量帮助揭示了一种新的极光特征,由于没有更好的名字,它被称为史蒂夫。

认识“史蒂夫”,一种由公民科学家发现并经欧洲航天局(ESA)Swarm卫星验证的奇异的新型极光特征

加拿大卡尔加里大学的研究员埃里克·多诺万在与一个名为“艾伯塔极光追逐者”的Facebook群组的成员交谈时首次听说了“史蒂夫”,该群组协调追踪和拍摄加拿大天空中的北极光(艾伯塔是加拿大西部的一个省份)。虽然极光多彩的光芒通常在天空中水平波动,但史蒂夫形成了一条独特的紫色或绿色的垂直条纹。

为了更多地了解它,多诺万与该Facebook群组协调,将该特征的目击事件与Swarm卫星的数据相匹配,Swarm卫星测量地球磁场,以及监测天空的地面科学相机。[滑翔伞穿越北极光的壮丽美景(视频)]


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多诺万在欧空局的一份声明中:“1997年,我们在北美只有一个全天成像仪从地面观测北极光。那时,如果我们能幸运地获得一张晚上从地面拍摄的与卫星观测相吻合的极光照片,就已经很不错了。现在,我们有更多的全天成像仪和像Swarm这样的卫星任务,所以我们每晚可以获得超过100次[观测]。”

极光是当太阳喷射出的带电粒子被地球磁场吸引到地球南北两极时产生的。在那里,它们撞击高层大气中的中性粒子,并在天空中释放出色彩和光芒

根据Spaceweather.com网站上2016年的一篇文章(以及相应的照片库),在一段时间内,摄影师们将像史蒂夫这样的特征称为“质子弧”,认为它们来自质子撞击大气层,而不是普通极光的电子。Vanexus Photography还分享了一段精彩视频,展示了2016年该特征在加拿大温哥华附近的Porteau Cove省立公园形成的过程(所谓的质子弧出现在视频的开头和结尾)。

事实上,质子撞击大气层只会产生漫射可见光(正如研究人员在Spaceweather.com文章中讨论的那样),所以多诺万说他知道这种现象一定有其他原因,并坚持使用新名称。极光摄影师选择使用“史蒂夫”这个名字,多诺万在加拿大举行的Swarm科学会议上的一次谈话中说

在几周的搜索中,多诺万在地面数据中识别出可能与类似史蒂夫的特征相匹配的迹象,并询问Facebook群组是否有人发现了它——果然,有人拍到了来自该位置的史蒂夫照片。更好的是,一颗Swarm卫星飞越了该特征。

多诺万在声明中说:“当卫星直接飞越史蒂夫时,来自电场仪器的数据显示出非常明显的变化。地球表面以上300公里[200英里]的温度跃升了3000摄氏度[5500华氏度],数据显示,一条25公里宽[16英里]的气体带以约6公里/秒[3.5英里/秒]的速度向西流动,而气体带两侧的速度约为10米/秒[33英尺/秒]。”

多诺万补充说,被称为史蒂夫的现象以前从未被这些科学工具捕捉到过,即使它“非常常见”。“这要归功于地面观测、卫星、当今数据访问的爆炸式增长以及一支由公民科学家组成的军队共同记录它。”

展望未来,来自Swarm和其他科学工具的数据可以开始缩小这种极光来源的范围。像Aurorasaurus这样的众包工具使用Twitter和提交的观测结果来追踪极光的出现,而像艾伯塔极光追逐者这样的摄影师社交网络提供了额外的关键数据,这些数据对于比以往任何时候都更精确地追踪这些特征至关重要,多诺万说。

在谈话中,多诺万总结指出,在1997年,科学家根本无法查明这一新发现的现象。他说,十五年前,追踪像史蒂夫这样的东西可能需要花费2亿或3亿美元,耗时10年。现在,借助公民科学家和所有可用于观测的基础设施,在几周内完成闭环是可能的,多诺万说。

他补充说:“我们确实处在一个真正的新时代。”

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莎拉·莱温·弗雷泽大众科学的高级新闻编辑。她计划、委派和编辑月刊杂志的“进展”部分,以及编辑在线新闻。在2019年加入大众科学之前,她曾在Space.com担任副编辑,记录人类探索星空的旅程。(甚至更早之前,她曾在大众科学担任印刷实习生。)弗雷泽拥有布朗大学的数学学士学位和纽约大学科学、健康与环境报道项目的文学硕士学位。她喜欢音乐剧和数学纸工艺。

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