业余摄影师发现了北极光的一种新形式

极光的沙丘看起来像绿色的波浪，甚至是波浪的图案，类似于沙滩上的云彩或沙丘的条纹面纱。

芬兰业余摄影师与太空研究人员一起发现了一种新的极光形式。这种现象被业余爱好者称为“沙丘”，被认为是由于从太阳释放出的粒子流而发出的氧原子波所致。

在最近发表的研究中，沙丘的起源被追踪到在中层圈及其边界（中层顶）内形成的波导。该研究还认为，这种新的极光形式为研究人员提供了一种新颖的方式来研究高空条件。

该研究发表在高影响力期刊《 AGU Advances》上。

未知的指纹出现在天空中

赫尔辛基大学计算空间物理教授Minna Palmroth领导着一个研究小组，研究世界上最精确地模拟引起极光排放的近地空间和空间天气。

太阳释放出稳定的带电粒子流，称为太阳风。它们到达地球电离的高层大气电离层，通过激发大气中的氧和氮原子产生极光排放。激发态作为极光释放。

在2018年末，Palmroth出版了一本书，名为“ Revontulibongarin opas”（“北极光观察者指南”）。这本书的诞生源于Palmroth与Northern Lights爱好者的合作，以及她对爱好者Facebook小组中有关现象现象物理问题的解答。

本书对成千上万的业余爱好者拍摄的北极光照片进行了调查和分类。每种极光形式都像指纹，只是极光区中某种现象的典型特征。在分类过程中，业余爱好者指出，某些极光形式不适合任何先前存在的类别。帕姆罗斯（Palmroth）搁置了这些不寻常的形式，以备后用。

出乎意料之外的巧合，在本书出版几天后，业余爱好者再次看到了这种不寻常的形式，并立即通知了Palmroth。这种形式表现为绿色的波浪，甚至是波浪的图案，类似于沙滩上的云层或沙丘的条纹面纱。

“我们研究合作中最令人难忘的时刻是当现象在那个特定时间出现时，我们能够实时对其进行检查，”北极光和天文学爱好者Matti Helin说。

极光新发现的海浪

对该现象进行了调查，并结合了爱好者的观察和科学方法来解释浪潮。

赫林说：“这就像拼砌一个谜题或进行侦探工作一样。”“每天我们都会发现新的图片并提出新的想法。最终，我们走到了尽头”…

极少数情况下，大气中上升的重力波可以被过滤并弯曲，以在中层顶和在中层顶下方间断形成的反演层之间传播。中层顶和反转层比大气的其他层冷。在这两层之间建立的波道中，来自下方的重力波可以传播很长的距离而不会沉降。当太阳风向流经通道的氧原子充电时，会形成沙丘形的极光排放。

同时在芬兰西南部的Laitila和Ruovesi拍摄了该现象，并且在两个图像的极光发射中都观察到了相同的细节。帕姆罗斯（Palmroth）团队的博士后研究员马克西姆·格兰丁（Maxime Grandin）在天文学软件程序恒星（Stellarium）的帮助下，确定了辐射背后的恒星，并确定了恒星的方位角和仰角。这样就可以在计算极光现象的高度和程度时将星星作为参考点。

格兰丁发现，极光沙丘发生在中层上部的相对较低的100公里高度。波场的波长测得为45公里。

芬兰业余天文学家协会（Ursa）维护的“ Taivaanvahti”（“天空监视”）服务进一步确定了总共七个类似事件，其中相机记录了相同的均匀波型。

未开发区域

地球的电中性大气与太空边缘相遇的极光区部分，对于卫星和其他星载仪器而言，是一个极具挑战性的环境。帕姆罗斯（Palmroth）说，这就是为什么它是我们星球上研究最少的地方之一的原因。

她说：“由于难以测量海拔80至120公里之间发生的大气现象，因此我们有时将该地区称为“无意识层”。

沙丘恰好在极光区的特定区域内被观察到。观察到的现象将研究人员引向了大气研究和空间研究之间的中间地带，因为通常的空间物理学方法无法单独解释它。

Palmroth说：“沙丘波中亮度的差异可能是由于来自太空的沉淀粒子中的波，还是来自下面的大气氧原子中的波。”“我们最终提出了沙丘是氧原子密度增加的结果。”

接下来，研究小组必须确定由大气中的重力波引起的氧原子密度的变化如何导致如此均匀且广泛的波场。通常，在研究海拔高度，有许多不同种类的重力波在不同方向上以不同的波长传播，这就是为什么它们不容易形成沙丘所表现出的均匀波场的原因。

北极光照亮了潮汐洞

研究表明，所讨论的现象是中层孔，这是一种在中层层中罕见且研究较少的现象。潮汐现象是许多河流常见的波浪，潮汐沿着河道上行。

各种类型的重力波在大气中产生，然后上升。在极少数情况下，重力波会在中层顶和在中层顶下间断形成的反演层之间上升时被过滤。反转层使滤波后的波弯曲并使其在不衰减的情况下通过通道长距离传播。

当孔中的氧原子与沉淀在大气中的电子碰撞时，它们就会被激发。当释放这种激发时，它们会产生极光。这就是为什么有时可以用肉眼看到中空钻孔的现象（迄今为止，该现象被认为是非常具有挑战性的研究课题）。

太空研究人员专注于大气

在此发现之前，没有在极光区观测到中层孔，也未通过极光发射对其进行调查。

Palmroth说：“整个极光区域在专注于孔的研究中通常被打折，因为极光排放会削弱用于识别中层孔的技术，” Palmroth说。

传统上，专门研究大气和空间的研究人员将彼此感兴趣的主题进行了大量研究。这是因为在沉淀电子中的电离层浴与中性大气之间只有很少的已知相互作用机理。

借助由芬兰气象研究所操作的测量设备，发现沙丘同时发生在同一区域，在该区域中，源自太空的电磁能被转移到了非球面。

Palmroth说：“这可能意味着从太空传输到电离层的能量可能与在中层形成反演层有关。”“就物理学而言，这将是一个令人震惊的发现，因为它将代表电离层与大气之间相互作用的一种新的，以前未被观察到的机制。”

参考：“公民科学家发现了一种新的极光形式：沙丘提供了对高层大气的洞察力”，作者：M。Palmroth，M。Grandin，M。Helin，P。Koski，A。Oksanen，MA Glad，R。Valonen，K。Saari，E。Bruus，J。Norberg，A。 Viljanen，K.4 Kauristie和P.T Verronen。AGU进展1，1-12，xx.1.2020.DOI：
10.1002 / aga2.20017