證實極光產生的背後機制，高能電子乘著阿爾文波「衝浪」滑入地球

極光令人屏息，幾十年來，有關極光如何產生的理論已整理得脈絡有序，但實際上還沒得到最終證實。直到現在，一組物理學家團隊終於在實驗室中重現極光，證明極光的產生與地磁風暴期間一種強大電磁波息息相關。

極光是一種電漿體現象，我們都知道極光由太陽風暴吹進來的帶電高能粒子所產生，這些粒子沿地球磁場線被加速帶向高緯度地區，然後與高層大氣（熱層）的原子（氮和氧原子）碰撞，後者因吸收了電子能量被激發至較高能態，為了恢復正常，分子以光的形式輻射能量，這些光就是極光。

但究竟是什麼機制將這些電子拉向地球？如何在進入電離層的最後一段旅程中被加速到每小時達 7,200 萬公里？幾十年來，科學家們一直懷疑這些高能電子沿著阿爾文波（Alfven wave，也稱剪切阿爾文波）進入大氣層，在阿爾文波的電場作用下經歷了「共振加速」，類似衝浪者乘著波浪不斷加速，但是沒有任何衛星直接觀察到這種情況。

阿爾文波在電漿體中產生，是一種沿磁場方向傳播的波，當處在磁場中的導電流體在垂直於磁場方向上受到局部擾動時，沿著磁力線方向的磁張力提供恢復力就會激發阿爾文波，自然界中常在地磁風暴後出現阿爾文波。

現在來自愛荷華大學、加州大學洛杉磯分校、惠頓學院、洛杉磯太空科學研究所的科學家們利用 LPD 大型電漿裝置，於長 20 公尺的真空腔室內產生阿爾文波，並試圖測量沿腔室向下移動、速度幾乎與阿爾文波相同的極少量電子，首度獲得阿爾文波透過共振將能量傳遞給電子的直接證據，就像電子在阿爾文波上「衝浪」。

新研究表明，阿爾文波的確會加速電子向地球移動，從而導致粒子產生我們所知的極光。

科學家終於解決了有關極光起源的最後一個謎團，而這種電子加速機制可能也會出現在其他星球上，或許有助於天文學家更加理解木星極光。

新論文發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。