极光是在高纬度的天空中，因太阳辐射产生的高速带电粒子与地球磁场相互作用碰撞造成的彩色发光现象。它是天穹垂落的绸缎，瑰丽多彩，很多人视之为人生必看自然奇观。香港大学地球与行星科学系及加州大学洛杉矶分校（UCLA）大气与海洋科学系共同领导的一项最新研究就发现，为地球极光区“太空电池”提供能量、进而产生绚丽极光的幕后推手，正是沿磁力线传播的“阿尔文波”（Alfvén Waves），成功解开了关于极光形成机制的关键谜题。这项突破性发现已发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

当带电粒子受电场加速并撞击地球大气层时，便会形成闪烁的极光弧。科学界虽然早已掌握这一基本物理过程，但究竟是什么能量源在维持这些电场，也就是所谓的“太空电池”，为何能使其不致消散，长久以来一直是个未解之谜。

“阿尔文波”为幕后推手

是次研究发现，“阿尔文波”这种沿地球磁力线传播的等离子体波，扮演了“天然加速器”的角色。研究人员通过分析带电粒子在不同空间区域中的运动和能量获取方式，证实阿尔文波能持续向极光加速区输送能量，从而维持极光上方电位降（Electric Potential Drops）的稳定，使带电粒子向下冲入大气层，最终点亮夜空。

为了验证这一理论，由田盛博士领导的UCLA团队，负责地球极光相关的物理分析和卫星观测数据解读，港大团队则提供行星空间物理的理论框架与比较视觉。他们分析了来自多个环绕地球运行的卫星观测数据，包括美国太空总署的范艾伦探测器（Van Allen Probes）和THEMIS任务，数据证实阿尔文波正是维持这些电场存在的关键能量来源。

港大地球与行星科学系副教授尧中华表示，这项发现不仅为地球极光的物理机制提供了明确解答，亦建立了通用的物理模型，可应用于太阳系内其他行星，乃至更遥远的星系，“港大团队长期研究巨行星的极光过程，并成功将相关理论与经验应用于地球附近的高分辨率数据，从而建立了地球科学与行星探索之间的桥梁。”