［本站讯］空间科学与技术学院刘晶教授合作研究团队在亚极光区光学现象研究方面取得新进展。相关成果发表于地球与空间科学领域期刊Geophysical Research Letters，论文第一作者为山东大学澳国立联合理学院本科生王镜涵，通讯作者为刘晶教授，团队成员包括山东大学李书翰、卡尔加里大学Liang Jun。

图1. 2018年5月6日夜晚北美上空的STEVE事件。（摄影Johnny Yuan）

STEVE 和 Picket Fence 是近年来发现的两类典型亚极光发光现象。STEVE（Strong Thermal Emission Velocity Enhancement）发生在亚极光区域夜间，表现为沿东西方向延伸的白紫色光弧，南北方向宽度较窄，通常出现在地磁亚暴前后，持续时间从数分钟到数小时不等。Picket Fence 则呈现为一排规则排列的绿色（557.7 nm）垂直光条，通常出现在STEVE下方。这两类现象均与亚极光粒子漂移（Subauroral Ion Drift，SAID）密切相关，但它们之间能否转换、以及在什么条件下发生相互转换仍不清楚。

2018年5月6日夜间，加拿大阿尔伯塔省上空出现了一次引人注目的亚极光光学事件，呈现出STEVE → Picket Fence → STEVE的三阶段演化过程，同时伴随一条稳定存在的亚极光红弧（SAR arc，630.0 nm）。这一罕见事件为研究多种亚极光发光现象在同一电离层环境中的共存与演变提供了难得的观测样本。

图2. 过渡区探测器光谱仪（Transition Region Explorer (TREx) spectrograph）在Lucky Lake台站观测到的不同辐射波段数据。（a）红光630.0 nm、（b）绿光 557.7 nm、（c）蓝光486.1 nm以及（d）无特定大气发光的502.0-507.0 nm波段。由（a）（c）（d）可明显定位出两段STEVE，（b）中是仅出现Picket Fence阶段。

研究团队基于全天空相机与多颗卫星的联合观测，对该事件进行了系统分析。结果显示，STEVE 与 Picket Fence 均出现在同一条高速粒子流通道内，并与 SAID 的空间结构高度一致：STEVE 主要位于 SAID 的核心区域，而 Picket Fence 则更靠近 SAID 的边缘区域。在两次 STEVE 出现阶段，SAID 通道内同时表现出电子温度显著升高和电子密度明显降低的特征；而在仅出现 Picket Fence 的阶段，虽然电子温度依然较高，但电子密度并未耗尽，反而呈现出局地弱增强。该结果表明，STEVE 的形成不仅需要高速离子流和电子加热，还依赖于局地电子密度的显著降低，这可能是区别 STEVE 与 Picket Fence 发光形态不同的关键原因。

STEVE 与 Picket Fence 的不同光学形态及其先后出现顺序，主要受局地电子密度结构变化的影响。电子密度的耗尽与恢复，可能在 STEVE 与 Picket Fence 的相互转换过程中起到类似“开关”的作用。这一发现揭示了两类现象在物理上并非完全独立，更可能是同一动力学过程在不同等离子体条件下的不同表现形式。该研究从等离子体条件随时间演化的角度，加深了对 STEVE、Picket Fence 及其相互关系的认识，为约束相关形成机制、理解亚极光区磁层—电离层耦合过程提供了新的观测线索。