En klingende raketmission vil spore nordlysvinde

Fra jorden, nordlysets dans, eller aurora borealis kan se fredeligt ud. Men disse flimrende plader af farvet lys er produktet af voldsomme kollisioner mellem Jordens atmosfære og partikler fra Solen.

De smukke lys er blot det synlige produkt af disse kollisioner - den frigivne kinetiske og termiske energi, usynlig for det blotte øje, er ikke mindre vigtige. At forstå det bidrag, som nordlys yder til den samlede mængde energi, der kommer ind i og forlader Jordens georumsystem - kaldet nordlyspåvirkning - er et af hovedmålene for det NASA-finansierede Auroral Zone Upwelling Rocket Experiment, eller AZURE. Jo mere vi lærer om nordlys, jo mere vi forstår om de grundlæggende processer, der driver jordens nærhed – en region, der i stigende grad er en del af det menneskelige domæne, hjem ikke kun for astronauter, men også kommunikation og GPS-signaler, der kan påvirke dem af os på jorden på daglig basis.

AZURE er den første af otte klingende raketmissioner, der opsendes over de næste to år som en del af et internationalt samarbejde mellem forskere kendt som The Grand Challenge Initiative - Cusp. Disse missioner vil opsendes fra Andøya og Svalbard raketområderne i Norge for at studere de processer, der finder sted inde i Jordens polære spids – hvor planetens magnetiske feltlinjer bøjes ned i atmosfæren og tillader partikler fra rummet at blande sig med dem af jordisk oprindelse – og i nærheden auroral oval, som AZURE vil fokusere på.

AZURE vil studere strømmen af ​​partikler i ionosfæren, det elektrisk ladede lag af atmosfæren, der fungerer som Jordens grænseflade til rummet, fokuserer specifikt på E- og F-regionerne. E-regionen - såkaldt af tidlige radiopionerer, der opdagede, at regionen var elektrisk ladet, og så kunne reflektere radiobølger - ligger mellem 56 til 93 miles over Jordens overflade. F -regionen ligger lige over den, mellem 93 til 310 miles højde.

E- og F-regionerne indeholder frie elektroner, der er blevet udstødt fra deres atomer ved den energigivende input fra solens stråler, en proces kaldet fotoionisering. Efter nattens fald, uden Solens energigivende input for at holde dem adskilt, elektroner rekombinerer med de positivt ladede ioner, de efterlod, sænke regionernes samlede elektrontæthed. Den daglige cyklus af ionisering og rekombination gør E- og F-regionerne særligt turbulente og komplekse.

AZURE vil fokusere specifikt på at måle de lodrette vinde i disse regioner, som skaber en tumultarisk partikelsuppe, der omfordeler energien, momentum og kemiske bestanddele i atmosfæren.

Eksisterende vindmålinger fra jordbaserede instrumenter viser tegn på betydelig struktur på skalaer mellem 6 miles og 60 miles bred i både de ladede partikeldrifter og de neutrale vinde. Men indtil videre, de in situ videnskabelige målinger af vind har været begrænset til et lille sæt højder-og allerede disse målinger passer ikke med det, vi ville have forudsagt.

For bedre at forstå de kræfter, der spiller, i begyndelsen af ​​marts vil AZURE-teamet opsende to raketter med sondering næsten samtidigt fra Andøya Space Center i Norge. Venter på at starte, indtil forholdene er lige rigtige, raketterne vil flyve op i rummet, at foretage målinger af den atmosfæriske tæthed og temperatur med instrumenter på raketterne og udsætte synlige sporstoffer, trimethylaluminium (TMA) og en barium/strontiumblanding, som ioniserer, når de udsættes for sollys.

Disse blandinger skaber farverige skyer, der gør det muligt for forskere at spore strømmen af ​​neutrale og ladede partikler, henholdsvis. Sporstofferne vil blive frigivet i højder 71 til 155 miles høje og udgør ingen fare for beboere i regionen.

Ved at spore bevægelsen af ​​disse farverige skyer via jordbaseret fotografering og triangulere deres øjeblik for øjeblik position i tre dimensioner, AZURE vil levere værdifulde data om den vertikale og horisontale strøm af partikler i to nøgleområder i ionosfæren over en række forskellige højder.

Sådanne målinger er kritiske, hvis vi virkelig skal forstå virkningerne af det mystiske, men smukke nordlys. Resultaterne vil være nøglen til en bedre forståelse af virkningerne af nordlyspåvirkning på atmosfæren, herunder hvordan og hvor nordlysenergien afsættes.