太阳扭曲的磁力可以产生不稳定的极光

一个极光它是生活在一个具有全球磁场的星球上的最美丽的自然奇观之一空间天气专家越来越接近于理解这一现象的奥秘之一。你看，当北极圈上空的极光照亮北半球的天空时，也是同样的模式应该爆发在南极上空的南半球天空。但科学家们注意到，在2009年对比了南北极光的同时图像后，两者并不匹配。

为什么我们一开始就认为它们是对称的呢?

极光是如何工作的

极光是太阳磁场和地球磁场(又称磁层)之间史诗般的相互作用的可见提醒。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，冲刷着行星太阳风．

其他的太阳现象，如日冕物质抛射(或cme)，爆发，将这些粒子的磁化云高速射入太空。太阳风,太阳耀斑日冕物质抛射和日冕物质抛射，以及它们对我们星球的影响，统称为“太空天气”。所有这些空间天气一旦遇到地球的磁层，就会对我们的星球——以及我们的技术——产生强大的影响。

其中一个效应就是地磁风暴。如果太阳磁场以某种方式与磁气圈相互作用，向磁气圈注入太阳粒子，就会产生极光。当这些粒子沿着地球的磁场进入两极，像雨一样穿过大气层时，极光就产生了。根据它们撞击的大气气体，将会出现美丽多彩的光。

现在，让我们后退一步，想象一下那些教科书上的条形磁铁图，两端分别印着一个北(N)极和一个南(S)极。它们创造的磁力线将描绘出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放入来自太阳的稳定粒子流中。这种气流，也就是太阳风，携带着太阳磁场——也就是行星际磁场(IMF)——对地球的磁气圈产生压力，将其扫回来。磁气圈的昼面会被压缩，而夜面会被拉长，就像被拉长的水滴一样。如果太阳风是稳定的，不会发生很多事情;粒子流会平静地流过地球的磁层。然而，我们知道太空天气是任何东西但稳定。

当太阳旋转时，它会以不同的速度冲刷我们附近的空间，像耀斑和日冕物质抛射这样的喷发会在星际空间中产生非常剧烈和动态的变化。如果磁场条件合适，太阳可以向地球抛出一个由磁化粒子组成的气泡，这些气泡将被注入到磁气圈的各个层中(把磁气圈的各个层想象成洋葱皮的样子，与其实际结构相差无几)。然后，这些粒子被扫回磁层的尾部(恰如其分地称为“磁尾”)，在那里它们被储存起来，直到磁尾发生重连事件，释放压力，迫使储存的太阳粒子沿着磁力线流向地球的大气层。磁重连是一种磁场被迫聚集在一起，像弹性一样折断，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

所有的东西都是相同的，记住我们前面描述的简单的磁棒图，通向地球南北两极的磁力线看起来应该是一样的，等量的粒子应该以相同的模式在北极和南极降落。这是两项新的互补研究，发表在地球物理研究杂志:空间物理和日志记录Geophysicae,进来。

2009年，太空气象专家比较了地磁风暴期间极光爆发的模式。他们看到的东西令人困惑;这些图案出现在不同的位置，形状也不同于预期。当时，他们认为这种不对称是由于磁尾重连事件的复杂性造成的，向南北两极发送了不同数量的带电粒子，从而造成了不匹配。然而，这些新的研究表明，这种不对称实际上可能是由嵌入在太阳风流中的IMF的方向第一次遇到我们星球的磁气圈造成的，研究人员称之为“不对称的地球空间”。

困惑吗?美国地球物理学会提出了一个优秀的视频解释:

我们可以把太阳的磁场想象成一系列随机方向的线，冲刷着地球，就像浅波冲刷着海滩上的卵石一样。如果它们的南北磁向与磁层的南北磁向相匹配，它们就会连接到地球磁场，然后向后扫去，与磁尾以及它们所包含的太阳风粒子融合在一起。在这种情况下，磁尾是对称的，产生的任何极光也是对称的。模式匹配!

但是如果太阳的磁场是东西方向相对于地球的南北方向呢?根据这些新的研究，这可能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，将太阳粒子聚集在一个不对称的图案中，从而产生不对称的极光。模式不匹配!

随着时间的推移，随着越来越多的能量通过磁尾的重新连接被释放出来，它将恢复扭曲，这些极光将慢慢恢复到它们的对称形状。这是违反直觉的。太空气象专家曾经认为这种不对称曾经是引起的磁重联。事实上，似乎是重连释放了磁压力，使极光恢复到对称状态。