北极光的来源：电子在阿尔文波（Alfvén）上"冲浪"

新的实验揭示了北极光的来源。科学家们证明了在类似于地球磁层中的条件下加速电子的阿尔文波。电离带电粒子或等离子体是四种物质之一（与固体、液体和气体一起），在环绕地球的磁层中被发现。等离子体具有类似于液体和气体的特性，但它们也有磁场和电场。汉内斯-阿尔文在1942年预言，等离子体可以支持波。这些波现在被称为阿尔文波。

有一种理论之前得到了支持，即科学家们经常发现强大的电磁波，称为阿尔文波，在极光上方向地球移动。根据这一理论，阿尔文波加速电子向地球移动，导致它们沉淀并产生极光。尽管天基测量为这一理论提供了强有力的支持，但这些测量的局限性阻碍了一个明确的测试。

为了克服这些限制，研究人员在加州大学洛杉矶分校（UCLA）基础等离子体科学设施的大型等离子体装置（LAPD）上进行了实验室实验，这是一个由能源部和国家科学基金会共同支持的国家合作研究设施。在一个重现地球磁层条件的实验室实验中，研究小组向LAPD室发射阿尔文波，然后测量被阿尔文波电场加速的电子。

测量结果显示，这些特殊的电子在波的电场作用下发生了共振加速，类似于冲浪者抓住了一个波，并被波持续加速。这种波的能量转移到被加速的电子的现象被称为朗道阻尼。研究小组将对波的电场和电子的测量结合起来，产生了朗道阻尼的电子加速的独特特征。通过模拟和建模，他们表明实验中测得的加速特征与预测的朗道阻尼特征一致。

实验、模拟和建模的一致性提供了第一个直接的测试，表明阿尔文波可以产生加速的电子，从而引起极光。