巨大的“质子极光”在地球臭氧层炸开一个 250 英里宽的洞

2015 年 6 月,一种鲜为人知的极光在地球中间层切开了一个大峡谷大小的臭氧洞。 科学家们终于评估了损失。

从国际空间站看到的北极光。 新的研究表明,一种鲜为人知的极光——被称为孤立质子极光——可能正在向地球大气中喷射臭氧空洞。 (图片来源:美国宇航局/斯科特凯利)
从国际空间站看到的北极光。 新的研究表明,一种鲜为人知的极光——被称为孤立质子极光——可能正在向地球大气中喷射臭氧空洞。 (图片来源:美国宇航局/斯科特凯利)

新的研究发现,当 2015 年 6 月一股太阳能猛烈撞击地球时,由此产生的粒子雨在上层臭氧层撕裂了一个 250 英里(400 公里)宽的洞。

幸运的是,臭氧洞只出现在地球的中间层——大气层的高层,从地球上空延伸约 31 到 53 英里(50 到 85 公里)——并没有延伸到平流层中更重要的臭氧层, 研究人员发现,它可以保护地球免受有害的紫外线 (UV) 辐射。

研究小组在研究中写道,尽管如此,中间层的臭氧消耗远比研究人员以前认为的要严重得多——未来这样的事件可能会改变大气低层的气候模式,一直到地球表面。

在 10 月 11 日发表在《科学报告》(Scientific Reports) 杂志上的新论文中,研究人员分析了一种特定类型的极光,称为孤立质子极光。 与引起著名北极光及其南方同类极光的极光不同,孤立的质子极光更小更暗,表现为孤立的绿光点,而不是环绕天空的大色带。 这些较暗的极光也出现在比北极光和南极光更低的纬度,它们分别出现在北极和南极上方。

插图显示了孤立的质子极光如何出现在中间层,切入那里产生的臭氧气体。 (图片来源:金泽大学)
插图显示了孤立的质子极光如何出现在中间层,切入那里产生的臭氧气体。 (图片来源:金泽大学)

当太阳喷出一连串快速移动的粒子时,就会出现孤立的质子极光,这些粒子在太空​​中飞驰,撞入地球的磁层(地球周围由行星磁场主导的区域),并在磁场的作用下冲入大气层的较低层线。研究人员称,在中间层,这些外星粒子会为当地的气体分子充电,从而产生称为氮氧化物和氢氧化物的潜在危险化合物。

科学家们已经知道,这些由极光产生的氧化物会侵蚀臭氧——一种在地球大气中自然产生的淡蓝色气体——但他们从来不知道在多大程度上。因此,在这项新研究中,一组国际研究人员研究了 2015 年 6 月 22 日出现在地球上空的单一孤立质子极光。使用来自国际空间站的数据,以及其他各种卫星和地面电磁波探测器,该团队测量了极光上方带电粒子的数量以及在极光下方消耗的臭氧量。

研究小组发现,在极光出现后的一个半小时内,在极光正下方的中间层臭氧层中出现了一个几乎与大峡谷长度一样宽的洞。这比研究小组在模拟中预测的臭氧破坏量要大得多——然而,他们补充说,这个洞预计会自然愈合,不会导致中间层臭氧的长期下降。

人类不应该因为这个洞而面临任何增加的紫外线伤害风险,主要是因为极光似乎没有影响地球平流层中更重要的臭氧层(位于 9 到 18 英里,或 14.5 到 29 公里,超过地球表面)。这种薄薄的气体层负责保护地球表面免受大部分太阳有害紫外线的影响,并且由于人类使用消耗臭氧层的化学物质,它已经连续三年呈下降趋势。 (幸运的是,长期趋势表明这一关键的臭氧层正在变得更健康)。

但这一发现仍然意义重大,因为人们认为中间层的臭氧消耗会以科学家不完全理解的方式改变低层大气的气候。根据研究作者的说法,这项研究应该有助于澄清这些涓滴效应。

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