在每年夏天，我国东南沿海都会遭遇台风的袭击，这种出现在低层对流层中的天气系统所到之处能带来大风大雨等激烈天气，那高层大气中是否也会出现“台风”？近日，我国空间物理学家、山东大学空间科学研究院张清和教授率领的国际研究团队，首次在北极上空发现了类似台风的“太空台风”。这一最新研究成果被《自然·通讯》在线发表，并被《自然》选为研究亮点，引发了全球科学家的关注。
2014年8月，通过卫星对极地上空大气层的观测，科学家回顾性分析中发现了了北极上方几百公里处有非同寻常的波动——这次事件发生在2014年8月20日，卫星在北极磁极点附近记录下了类似台风气旋状、宽度超过1000公里的极光亮斑，这是非同寻常的现象。这是因为极光大都发生在纬度较低的极光椭圆内，磁极点附近的极盖区通常不会有明显的极光。而这次亮度比极光椭圆内的极光还强，可以肯定不是人们日常见到的极光。
由卫星记录下的极光亮斑
对此，我国山东大学的科学家们与国内外学者展开合作，利用先进的观测设备和计算机数值模拟展开了系统研究，最终，大家发现这一现象具有与台风非常类似的特征——包括1000公里宽的圆形的等离子体对流和速度为零的“台风眼”、圆形的磁场扰动、强电子“雨”等，但这一现象位于北极上方几百公里处，许多方面类似于我们在地球低层熟悉的台风。雷丁大学的太空科学家迈克·洛克伍德（Mike Lockwood）教授表示，之前，大家还不确定是否存在太空等离子体风暴，因此用如此惊人的观察来证明这一点是十分不可思议的。
太空台风的模型
研究者指出，这种惊人的太空台风与巨大的能量有关，而这些太空台风必须通过异常巨大且快速的太阳风能和带电粒子向地球高层大气的转移而产生。行星大气中的等离子体和磁场存在于整个宇宙中，因此研究结果表明，太空台风应该是一种普遍现象。
之前，除了地球的对流层，科学家们在火星、木星和土星的低层大气中也观察到了类似台风这样的天气系统存在，而在太阳大气层中还观察到了巨大的太阳龙卷风。但是，以前从未发现过在行星高层大气中存在太空台风的情况。现在，研究小组分析发现，地球电离层中出现的太空台风不仅沿逆时针方向快速旋转，并且在边缘附近具有较强的流动切变：其一侧有着强烈的日向流量（最大达到2100 米 / 秒），另一侧则有着强烈的逆日流量（最大达到 800米/ 秒），这些流动切变产生电离层流的循环，这与意味着内部独特的结构，这表明与对流层台风之间还是有一个独特的区别，同时太空台风还具有多个螺旋臂，持续了将近八个小时，然后才逐渐分解。在太空台风的中心附近，沉淀的电子基本上被加速到〜10 keV。虽然极度安静，但太空台风仍将大量能量和动量沉积到电离层中。
那为什么之前大家没有发现类似的太空台风？事实上，科学家们发现，这种太空台风发生在地磁活动低的时期。与低层大气的中性粒子环境不同，高层大气（磁层和电离层）属等离子体（带电粒子）环境，如果真的存在台风现象，将预示着一次非常高效率的日地能量耦合过程。然而，在极端平静的地磁活动条件下，太阳风与地球磁层的能量耦合非常弱，几乎被人们忽略，此前也很少在这些区域布设相关地磁活动监测设备。高层大气空间浩大、环境恶劣、观测缺乏，因此之前没有觅得“太空台风”踪影。
而事实上，在长时间极端平静期内，发生在地球高纬度的磁层与太阳风相互作用及其演化，促使在北极磁极点上方的电离层与磁层形成了一个巨大的漏斗形磁螺旋结构。这个结构形成了太阳风带电粒子直接进入地球中高层大气、地球带电粒子逃逸至磁层的通道，极大提升了太阳风-磁层能量的耦合效率。这一研究发现指出，即便是在极端平静地磁条件下，极区仍可能存在堪比超级磁暴活动时的局地剧烈地磁扰动和能量注入现象，这更新了人们对太阳风-磁层-电离层耦合过程的认识。
这一事实表明，太空台风在我们的太阳系内外可能更为普遍。这突出了改进对空间天气的监控的重要性。因为太空台风可能造成的极端空间天气环境，可能直接影响相关区域的卫星和火箭的正常运行，也能给相关航线的飞机乘客带来较大辐射剂量。同时，太空台风也将直接影响相关区域的卫星通信、导航和超视距雷达探测等，造成信号的剧烈扰动，甚至丢失。因此，这个新发现的太空台风也给人类未来的太空探索之旅提出了挑战，还可能波及到普通人的生活，在未来还有机会发现更多的“太空台风”。
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