我們的天空可以聚集的最令人嘆為觀止的美麗景色之一是極光的舞動。然而，這種迷人的現象仍然沒有被完全理解。
我們知道它是由太陽風暴吹進來的粒子產生的，這些粒子沿著地球的磁場線加速到高緯度地區，然後降落到高層大氣中。在那裡，與大氣中粒子的相互作用產生了在天空中閃爍的光幕。
現在，科學家們首次通過在實驗室中複製該過程，證明並證實了粒子加速發生的機制。正如科學家們所想的那樣，被稱為阿爾文波的強大電磁波會沿著磁場線加速電子。
愛荷華大學的物理學家 Craig Kletzing 說：「這些波可以為產生極光的電子提供能量的想法可以追溯到 40 多年前，但這是我們第一次能夠明確地確認它有效。」
「這些實驗讓我們進行了關鍵測量，表明空間測量和理論確實解釋了產生極光的主要方式。」
我們早就知道阿爾文波了。它們首先由瑞典電氣工程師 Hannes Alfvén 在 1942 年描述 – 沿磁場線傳播的電流體中的橫波。這種波是磁流體動力系統中能量和動量傳輸的重要機制；也就是說，它們可以加速粒子。
已經在地球的磁場線中觀察到阿爾文波，太空飛行器甚至在極光上方觀察到了地球上的阿爾文波。人們普遍認為阿爾文波在極光電子加速中起作用——但確定確切的作用有些棘手。
因此，由惠頓學院的物理學家 Jim Schroeder 領導的一組科學家使用加州大學洛杉磯分校的大型等離子體裝置 ( LAPD ) 仔細研究了這一現象。這是一個長 20 米（66 英尺）、直徑 1 米（3.3 英尺）的圓柱形真空室，具有強大的磁場。
加州大學洛杉磯分校的物理學家特洛伊卡特說： 「這項具有挑戰性的實驗需要測量以幾乎與阿爾文波相同的速度沿 LAPD 腔室移動的極少量電子，數量不到等離子體中電子的千分之一。.
該團隊在 LAPD 的等離子體中產生了阿爾文波，並在與極光形成相關的條件下同時測量了電子速度分布。他們發現阿爾文波將能量傳遞給電子，並與波發生共振——速度與波的相速度相似。
愛荷華大學的物理學家格雷格豪斯說： 「測量表明，這一小群電子在阿爾文波的電場作用下經歷了『共振加速』，類似於衝浪者抓住波浪並隨著衝浪者隨著波浪移動而不斷加速。」 .
這個過程被稱為朗道阻尼，因為能量從波到粒子的傳遞會抑制波，從而防止出現不穩定性。根據該團隊的分析，電子速度產生的特徵是朗道阻尼的已知特徵，表明發生了共振加速。
通過將他們的結果與模型極光進行比較，該團隊能夠證明電子的通電率與真實物體中的朗道阻尼一致。
研究人員寫道：「實驗與極光模型之間每個電子的通電率的一致性建立了最終的聯繫，以表明我們已經提供了直接的實驗證實，即阿爾文波可以加速沈澱到電離層中的電子並產生極光的迷人光芒。」
