STEVE和加拿大马尼托巴省Childs Lake的银河系星空,该照片由11幅图像拼接而成。
Notanee Bourassa了解自己在夜晚看到的星空并不正常,2016年7月25日,加拿大 Regina的IT技术人员Bourassa与他的两个年幼的孩子一起在家门外散步,并指引他们欣赏了美丽的天空动态灯光 - 北极光。他经常一直注视着星空,直到凌晨用尼康相机记录极光,但这是他第一次和孩子们一起探索。 当一束紫色的光带出现并渐渐发光时,Bourassa立即拍照,直到这种光粒子20分钟后消失,自从十几岁以来,他已经观察北极光30余年,他知道这是一种不同于北极光的其他极光。
从2015年到2016年,公民科学家(类似于Bourassa 这样的人,他们对科学领域感兴趣,但却不一定有正式的教育背景)与运营Aurorasaurus项目的科学家团队在在线论坛共享了30篇关于神秘北极光的报道,由美国国家航空航天局和国家科学基金会资助的公民科学项目通过用户提交的报告和动态的方式来追踪北极光。
美国宇航局戈达德太空飞行中心(NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland)的空间科学家Liz MacDonald领导的Aurorasaurus团队协商判断这一神秘现象的本质。加拿大卡尔加里大学(University of Calgary in Canada)的 MacDonald和她的同事 Eric Donovan与这些图像的主要贡献者进行了交谈,他们大多是名为阿尔伯塔极光追踪者的Facebook群中的业余摄影师,其中就包括Bourassa和管理员Liz MacDonald,MacDonald给了这个现象取了一个有趣的新名字--Steve。
但人们仍然不知道它究竟是什么。
从Bourassa拍摄到Steve的那一晚开始,科学家对于它的理解就改变了。但Bourassa并不是唯一一个拍摄到Steve的人,卡尔加里大学和加利福尼亚大学伯克利分校运行的地基相机( Ground-based cameras ),又被称为全天候相机,拍摄到了大范围的星空,同时也捕获到Steve和远在北方的极光的图像。 欧洲航天局( ESA's)的近地卫星在太空中恰好在同一时间经过该地区,并记录下Steve。
科学家第一次对Steve有了地面和卫星的图像,尽管它的名字很普通,但科学家们现在已经认识到Steve可能是一幅非凡的拼图,能够更好描述地球磁场的作用以及其与空间带电粒子之间的相互作用,该研究目前已发表在科学进展(Science Advances)的杂志上。
MacDonald说:“这是一种可以在从地面观察到远在数千公里外的光线,它与空间中发生的某些事情相对应,从Steve上收集更多数据将有助于我们更好地了解其行为及其对空间天气的影响。”
这项研究强调了一个重要的关键点:Steve 并不是一种普通的极光,极光以椭圆形在全球各地出现,持续数小时,主要是绿色、蓝色和红色。平民科学报告显示,Steve是紫色且有波浪起伏的绿色栅栏结构,同时,它还是一条有始有终的线。在Steve消失前,人们观察到它出现20分钟到1小时。
如果有的话,极光和Steve是冰淇淋的不同口味,MacDonald说。它们的形成原因大致相同,都是来自太阳的带电粒子与地球磁场线发生相互作用。
Steve的独特之处在于细节,虽然其经历了与极光相同的大规模形成过程,但它沿着与极光不同的磁场线传播。全天候相机(All-sky cameras )显示Steve出现在低纬度地区,这意味着产生Steve的带电粒子与更接近地球赤道的磁场线相互作用,因此史蒂夫常常在加拿大南部被发现。
关于Steve最大的惊喜应该是其出现在卫星数据中,数据显示,其组成成分是一种快速移动的热粒子流,即(a sub auroral ion drift,SAID)。自20世纪70年代以来,科学家们一直在研究SAID,但从来都不从获得图像资料,近地卫星记录了带电粒子的速度和温度信息,但没有得到任何的图像。
“人们已经做了许多关于SAID的研究,但我们从来不知道它还可以以可见光的方式展现,现在我们的相机足够敏感去捕捉它,同时,人类的眼睛和智力在认识到它的重要性的过程中至关重要,”Donovan说道,他是该研究的共同作者。他领导全天候相机网络( all-sky camera network),他的同事管理近地卫星上的电场仪器。
Steve是一个重要的发现,因为它位于低纬度的亚极光区,该地区出现的大多数极光还没有得到很好的研究。首先,科学家们通过这一发现知道在亚极光区存在未知的化学反应可以导致这种极光现象。
其次,Steve始终与发生在高纬度极光区的极光的共同出现,这意味着在近地空间发的某些改变导致极光和史蒂夫的产生。MacDonald说,Steve可能是目前唯一能够显示高纬度极光带和低纬度亚极光带之间的化学或物理连接的视觉线索。
麦克唐纳说:“Steve可以帮助我们理解在地球大气层上部的化学和物理过程如何在地球大气层的下部产生局部的明显效应,这提供了关于地球系统作为一个整体如何工作的好视角。”
该团队可以通过更多的地面和卫星报告来了解更多的关于Steve的信息,但同时在地面和太空中都记录到它很少见。每个近地卫星需要90分钟绕地球一圈,而它只在特定地区持续一个小时,如果卫星错过了它的开始,很可能也会错过它的结束。最终,记录Steve成为一个持之以恒的概率游戏。
“我希望可以通过对新发现的及时报道,研究人员可以充分利用这些数据,以便我们共同解开Steve的起源、形成、物理和其他零星的特性。”Bourassa说:“这很令人兴奋,因为我们了解的越多,问题也就会越多。”
至于公民科学家为何给出的“Steve”这个名字?该团队将其作为对最初名称和发现者的尊重。但现在的STEVE,是强热辐射速度增强的缩写。
翻译:王传庆