在地球空间中，Arase 卫星观测合唱波和高能电子，而在地面上，EISCAT 和光学仪器观测中间层中的脉动极光和电子沉淀。 图片来源：ERG 科学团队
导致极光的相同现象——通常从地球极地地区可见的神奇绿光幕——导致中层臭氧层消耗。 这种消耗可能对全球气候变化具有重要意义，因此了解这一现象很重要。
现在，由日本名古屋大学 Yoshizumi Miyoshi 教授领导的一组科学家对这一现象进行了观察、分析并提供了更深入的见解。 研究结果发表在《自然》杂志上 Scientific Reports.
在地球的磁层——地球周围的磁场区域——来自太阳的电子仍然被困住。 电子与电子之间的相互作用 血浆 波可以导致被困的电子逃逸并进入地球的高层大气（热层）。 这种称为电子沉淀的现象是造成极光的原因。 但是，最近的研究表明，这也是造成中间层（低于热层）的局部臭氧层消耗的原因，并且可能对我们的气候产生一定的影响。
更重要的是，中间层的这种臭氧消耗可能特别发生在极光期间。 虽然科学家们研究了与极光有关的电子降水，但没有人能够充分阐明它是如何导致中间层臭氧消耗的。
三好教授及其团队在 2017 年斯堪的纳维亚半岛上空的中度地磁风暴期间借此机会改变了这一说法。他们将观测目标对准了“脉动极光”（PsA），一种微弱的极光。 他们的观测是通过与欧洲非相干散射 (EISCAT) 雷达（发生 PsA 的 60 至 120 公里的高度）、日本航天器 Arase 和全天相机网络的协调实验成为可能的。
Arase数据表明，地球磁层中被俘获的电子具有很宽的能量范围。 它还表明在该空间区域存在合唱波，一种电磁等离子体波。 计算机模拟结果显示，Arase 观测到等离子波导致这些电子在很宽的能量范围内沉淀，这与地球热层中的 EISCAT 观测结果一致。
EISCAT 数据的分析表明，从几 keV（千电子伏）到 MeV（兆电子伏）的宽能量范围的电子会沉淀以引起 PsA。 这些电子携带的能量足以穿透我们的大气层低于 100 公里，高达约 60 公里的高度，即中间层臭氧所在的位置。 事实上，使用 EISCAT 数据的计算机模拟表明，这些电子在撞击中间层时会立即消耗中间层的局部臭氧（超过 10%）。
Miyoshi 教授解释说：“PsA 几乎每天都会发生，分布在大片区域，并持续数小时。 因此，这些事件造成的臭氧消耗可能很严重。” 谈到这些发现的更大意义，三好教授继续说道：“这只是一个案例研究。 需要进一步的统计研究来确认由于电子沉淀在中层大气中发生了多少臭氧破坏。 毕竟，这种现象对气候的影响可能会影响现代生活。”
参考：Y. Miyoshi、K. Hosokawa、S. Kurita、S.-I 的“MeV 电子穿透进入中间层伴随着脉动极光”。 Oyama、Y. Ogawa、S. Saito、I. Shinohara、A. Kero、E. Turunen、PT Verronen、S. Kasahara、S. Yokota、T. Mitani、T. Takashima、N. Higashio、Y. Kasahara、S . Matsuda、F. Tsuchiya、A. Kumamoto、A. Matsuoka、T. Hori、K. Keika、M. Shoji、M. Teramoto、S. Imajo、C. Jun 和 S. Nakamura，13 年 2021 月 XNUMX 日， Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-021-92611-3
