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（Photo by Luke Stackpoole on Unsplash）

絢麗又夢幻的北極光（aurora borealis），一直以來都令人們著迷不已。科學家已經知道極光的產生原因，是由於太陽風（solar wind）噴發出的高能帶電粒子受到地球磁場吸引，雖然大部分粒子被地球大氣層所阻擋，但仍有少部分粒子會沿著地球磁力線進入南北極大氣層中，並與電離層（ionosphere）裡的氧原子（O）、氫原子（H）、氮原子（N）碰撞，進而激發出綠光、紅光、藍光。然而極光身上仍有許多謎團待釐清，例如這些高能帶電粒子在進入電離層前，速度是如何被加速到每小時7200 萬公里呢？

當今的主流理論推測，這群高能帶電粒子會順著一種由電漿產生，並沿磁場方向傳播的阿爾文波（Alfvén waves），朝向地球南北極前進。近期一篇刊登於《自然通訊》（Nature Communications）的研究，團隊利用大型電漿體裝置（Large Plasma Device）模擬出能產生極光的地球磁場條件，再以特殊設備發射阿爾文波到此裝置長20公尺的管腔中。而在實驗裝置中的阿爾文波，能抓住管腔中一小群速度幾乎與其相同，並沿著管腔向下移動的極少量帶電粒子。

研究團隊表示，這項結果顯示阿爾文波能透過「共振」將能量傳給帶電粒子，使帶電粒子在阿爾文波的電場中經歷了共振加速（resonant acceleration）過程，就如同衝浪者在海上隨著海波浪不斷移動、加速一般，帶電粒子也是這樣以「衝浪」的方式進入地球。由於阿爾文波與這些衝浪中的帶電粒子會沿著不同的磁力線傳播，導致我們能看見閃爍的極光，而這項研究也令我們解開了極光身上的最後一道謎團。

J. W. R. Schroeder et al., Laboratory measurements of the physics of auroral electron acceleration by Alfvén waves, Nature Communications, Vol. 12: 3103, 2021.