多年来科学家们一直认为北极周围的极光和南极周围的极光是一样的。两极由磁力线连接，极光是由沿着磁力线流动的带电粒子引起。因为带电粒子遵循这些场线，所以极光互为镜像就说得通了。然而在2009年，科学家们发现极光在北极和南极周围的外观是不同的，包括形状不同，发生在不同的位置——这种现象被称为不对称。现在美国地球物理联盟出版的《地球物理研究：空间物理学》上发表了一项新的研究，解释了这种不对称性是如何产生，并导致地球两极附近极光显示的差异。新研究发现，极光的差异可能是由于太阳风和太阳磁场挤压地球的磁尾造成。

博科园-科学科普：当到达地球的太阳磁场指向东西方向时，它与地球磁场相互作用在南北方向是不同的。这导致不对称加载的压力到地球磁场´s和地球磁场引入了一个倾斜的阴面。这种倾斜解释了为什么极光有时会有不同的形状，出现在两极的不同位置。新发现与以前的不对称理论认为这是造成解体和地球磁场线重新连接´s磁尾，这一过程被称为尾巴重新连接。新研究发现，事实上尾巴的重新连接减少了这种不对称。挪威卑尔根大学(University of Bergen)的博士研究生、这项新研究的第一作者安德斯说：研究表明，它实际上可能是相反的，磁尾的重新连接实际上减少了这种不对称性。

挪威看到的北极光，图片：Kjartan Olafsson

这项新研究不仅解释了为什么夜空中南北两种光出现不同，而且还帮助科学家更好地理解地球和太阳之间的相互作用。这些知识对于准确预测太空天气事件的发生地点和时间非常重要，因为这些天气事件会对我们的电网、卫星和宇航员造成严重破坏。发表在《地球物理年鉴》(Annales Geophysicae)上的一篇相关论文详细描述了2001年8月地磁风暴期间出现的不对称现象，并论证了将地球空间，即太阳与地球之间的相互作用，视为一个不对称系统的重要性。如果不包括这些不对称性，我们对太阳 - 地球系统的理解将远未完成，模型将无法准确预测地球空间现象的位置和时间。

产生极光

地核产生的磁场延伸到我们星球周围的外层空间，形成一个称为磁层的磁场屏障，保护地球免受来自太阳的带电粒子伤害。太阳发出自己的磁场，称为行星际磁场，或IMF，由太阳风携带并与地球磁场相互作用。在某些条件下，在地球的昼面，太阳行星际磁场线和地球的磁场线可以被撕裂和交叉。来自太阳的太阳风将这些交叉磁场线移动到地球的阴暗面，并将其拉伸成一条远离地球的尾巴——磁尾。最终这些交叉的场线被拉开，地球场线与地球场线重新连接，IMF场线与IMF场线重新连接。一旦磁场线闭合，它们就会弹回地球，加速附近的粒子，并在地球的高层大气中形成极光。

由于这些磁力线可能不是最初相互连接的磁力线，科学家们认为这些新的磁力线可能不是对称排列，可能在南北半球的不同位置被扭曲并连接回地球。研究人员认为是尾巴的重新连接导致了南北半球极光的不同。但是，新的研究表明事实并非如此。这项新研究考察了北半球和南半球同时出现多个不对称极光图像，以及这些极光是如何随着时间的推移而演化，因此他们可以看到同样的现象一次又一次地发生。然后将其与磁尾的活动联系起来。新研究表明，极光的不对称性随着尾重连进展而减少。

此外即使几乎没有重新连接发生，这种不对称也会持续存在。因此，新的研究表明，尾巴的重新连接并不是造成这种不对称的原因。相反，新的研究发现，正是施加在磁尾上的压力差异导致了极光差异。磁尾不断受到太阳风挤压，正是这种来自不同方向的不均匀挤压，造成了两极极光显示的差异，这种挤压取决于IMF的定位。JGR-Space Physics的主编迈克·里莫恩(Mike Liemohn)说：这项研究解释了不对称是如何产生的，又是如何消除的，这与我和许多研究人员的想法完全相反，因此，这一结果意义重大。

博科园-科学科普｜研究/来自：美国地球物理联盟

参考期刊文献:《地球物理研究期刊》,《Annales Geophysicae》

DOI: 10.1029/2018JA025869

DOI: 10.5194/angeo-36-1577-2018

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