北极光照亮了阿拉斯加的夜空

​极光是地球上最美丽的自然奇观之一，太空气象专家正逐渐了解这一现象的奥秘。当极光照亮北极上空时，南半球的南极上空也会出现同样的景象。但科学家们在2009年对比了南北极光的同时图像后发现，这两种极光其实并不是对称匹配的。

那么为什么我们一开始就认为它们是对称的呢?

极光是如何形成的

极光是太阳磁场和地球全球磁场（也就是磁层）之间产生了史诗般的相互作用所产生的可见现象。太阳不断地泵出大量的带电粒子，如质子、氦核和痕量重离子。这些粒子一起被释放到星际空间，以太阳风的形式冲刷着行星。

其他的太阳现象，如日冕物质抛射(CMEs)，会喷发，将这些粒子组成的磁化云团高速喷射到太空中。太阳风、太阳耀斑和日冕物质抛射，以及它们对我们星球的影响，统称为“太空天气”。所有这些太空天气一旦遇到地球的磁层，就会对我们的地球和我们的电子设备等技术产生影响。

其中一种影响就是地磁暴。如果太阳磁场以某种方式与磁层相互作用，向磁层注入太阳粒子，从而产生极光，也就会发生漂亮的极光现象。当这些粒子跟随地球的磁场到达两极，如雨点般穿过大气层时，就会产生极光。根据它们撞击到的大气气体的不同，会出现不同颜色美丽的彩色光。

现在，让我们回过头来想想课本上的条形磁铁图，两端分别指着南北两极。他们创造的磁力线描绘出了连接南北两极的对称环。这是对地球磁场的过度简化，但物理原理是一样的。

接下来，让我们把地球的简化磁场变成来自太阳的稳定粒子流。这一流，也就是太阳风，携带着被称为行星际磁场(IMF)的太阳磁场，在我们地球的磁层上产生压力，将其向后扫。我们的磁层昼面将被压缩，而夜面则被拉长，就像被拉长的小水滴。如果太阳风是稳定的，很多事就不会发生;粒子流将平稳地流过地球的磁层。但是，我们知道太空天气绝不可能是稳定的。

地球磁层的图解

​随着太阳的旋转，它会以不同的速度将太阳风冲刷到我们周围的空间，耀斑和日冕物质抛射等爆发会在行星际空间造成非常剧烈和动态的变化。如果磁场条件正确，太阳可以向地球抛出一个由磁化粒子组成的气泡，并将其注入磁层层中（想象磁层层像一层层的洋葱皮）。这些粒子随后被扫回磁层尾部(被恰当地命名为“磁尾”)，在那里它们被储存起来，直到磁尾经历重连事件，释放压力，迫使储存的太阳粒子沿着磁力线流向地球大气层。磁重联是一种磁场被强迫在一起，像弹性一样的突然爆发，然后重新连接，释放能量，同时释放大量粒子。

一个不对称的现实

在所有条件都相等的情况下，记住我们前面描述的简单的条形磁铁图，通向地球南极和北极的磁力线应该看起来是一样的，同样数量的粒子应该以相同的模式落在北极和南极上空。这就是发表在《地球物理研究杂志:空间物理学》和《地球物理年鉴》杂志上的两项新的互补研究。

磁暴

2009年，太空气象专家对比了地磁暴期间极光爆发的模式。他们所看到的令人困惑的事情;这些图案分布在不同的位置，形状也与预测的不同。当时，他们认为这种不对称性是由磁尾重连事件的复杂性引起的，磁尾向南北两极输送不同数量的带电粒子，从而造成了不匹配。但新的研究表明，这种不对称性实际上可能是由于嵌在太阳风流中的IMF首先遇到地球磁层的方向引起的-研究人员称之为“不对称地球空间”。

水波冲刷海滩石头

我们可以把太阳磁场想象成一系列随机方向的线，像浅水波冲刷海滩上的卵石一样冲刷地球。如果它们的方向与磁层的南北方向相匹配，它们就会连接到地球磁场并向后移动，与它们所包含的太阳风粒子一起与磁尾合并。在这种情况下，磁尾将显得对称，而任何产生的极光也将是对称的。模式匹配!

但如果太阳的磁场相对于地球的南北磁场是东西方向呢?根据这些新的研究，这会导致磁尾扭曲和不对称。正如你可能猜到的那样，这将对产生的极光产生影响，使太阳粒子以不对称的模式聚集，从而产生不对称的极光。模式不匹配!

随着时间的推移，随着磁尾的重新连接释放出越来越多的能量，它就会解开，这些极光就会慢慢恢复到它们对称的形状。这是违反直觉的。太空气象专家曾认为，这种不对称过去是由磁重连引起的。事实上，重连似乎释放了磁场压力，从而使极光恢复对称。

小知识

地磁暴可以在全球范围内产生强大的电干扰，引发电力中断和通信中断。在我们这个越来越依赖科技的世界里，如果我们要准确预测离我们最近的恒星周围动荡环境的影响，并为此做好准备，了解太空天气是至关重要的。