For at fange en bølge, raketopsendelser fra toppen af ​​verden

Den 4. jan. 2019, 4:37 EST blev CAPER-2-missionen opsendt fra Andøya Space Center i Andenes, Norge, på en 4-trins Black Brant XII-klingende raket. At nå et apogeum på 480 miles højt, før det plasker ned i det arktiske hav, raketten fløj gennem aktiv nordlys, eller nordlys, at studere de bølger, der accelererer elektroner ind i vores atmosfære.

CAPER-2, forkortelse for Cusp Alfvén og Plasma Electrodynamics Rocket-2, er en klingende raketmission - en type rumfartøj, der bærer videnskabelige instrumenter på kort, målrettede ture til rummet, før de falder tilbage til Jorden. Ud over deres relativt lave prismærker og hurtige udviklingstid, raketter, der sonderer, er ideelt egnede til at opsende ind i forbigående begivenheder - som den pludselige dannelse af nordlys, eller nordlys.

For CAPER-2 videnskabsmænd, at flyve gennem et nordlys giver et kig ind i en proces, der er lige så fundamental som den er kompleks:Hvordan accelereres partikler i hele rummet? NASA studerer dette fænomen i et forsøg på bedre at forstå ikke kun rummiljøet omkring Jorden - og dermed beskytte vores teknologi i rummet mod stråling - men også for at hjælpe med at forstå selve naturen af ​​stjerner og atmosfærer i hele solsystemet og videre.

"I hele universet har du ladede partikler, der bliver accelereret - i Solens atmosfære, i solvinden, i atmosfæren på andre planeter, og i astrofysiske objekter, " sagde Jim LaBelle, rumfysiker ved Dartmouth College i Hannover, New Hampshire, og hovedefterforsker for CAPER-2-missionen. "Et nordlys præsenterer os for et lokalt laboratorium, hvor vi kan observere disse accelerationsprocesser lige ved hånden."

Teknisk set, CAPER-2-holdet er interesseret i, hvad der sker lige før et nordlys begynder at gløde. Elektroner, strømmer ind i vores atmosfære fra rummet, kolliderer med atmosfæriske gasser og udløser nordlysets glød. På en eller anden måde, de tager fart undervejs.

"Når de styrter ind i vores atmosfære, disse elektroner bevæger sig over 10 gange hurtigere, end de var før, " sagde Doug Rowland, rumfysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som også studerer partikelacceleration. "Vi forstår stadig ikke den grundlæggende fysik af, hvordan det sker."

CAPER-2-holdet fokuserede på en særlig slags nordlys, der dannes i løbet af dagen. I modsætning til det natlige nordlys, daglyset udløses af elektroner, der strømmer direkte ind fra Solen - og vi ved langt mindre om dem.

"Der er lavet en enorm mængde forskning på det almindelige nordlys om natten, men daglyset er meget mindre undersøgt, " sagde Craig Kletzing, rumfysiker ved University of Iowa i Iowa City og medforsker for missionen. "Der er gode indikationer på, at der er nogle ligheder, og der er også nogle forskelle."

Holdet fokuserer på, hvordan elektronerne, der skaber nordlys i dagtimerne, skubbes rundt af bølger, på måder, der måske eller måske ikke adskiller sig fra nordlys om natten. To slags bølger er af særlig interesse, og har modsatte virkninger. Alfvén bølger, opkaldt efter den svenske nobelpristager Hannes Alfvén, der først forudsagde deres eksistens i 1942, menes at accelerere elektronerne. Disse enorme bølger - der måler 10-100 kilometer lange fra top til top - forplanter sig langs Jordens magnetiske feltlinjer, pisker elektroner frem og tilbage.

På den anden side er Langmuir-bølger, som genereres af elektronerne selv - en proces, der stjæler noget af elektronernes energi og bremser dem. CAPER-2 vil bære en bølge-partikel-korrelator med høj opløsning til at måle dem, den første klingende raketmission til at gøre det for nordlys om dagen.

"Dette er meget data-intensivt, " sagde LaBelle. "Det er unikt for raketsonder at være i stand til at se på denne mekanisme i denne detaljegrad."

Til lanceringen, CAPER-2-holdet rejste til det nordlige Norge, et af de få steder, der kan placere en raket inden for rækkevidde af daglyset. Hver dag, Nordnorge roterer under en åbning i Jordens magnetfelt kendt som den nordlige polarspids, hvor partikler fra Solen kan tragte ind i vores øvre atmosfære.

At møde nordlyset lige der, hvor de dannes, er den bedste måde at forstå fysiske processer, der er alt for store til at replikere i et laboratorium.

"Det er en slags naturligt laboratorium, " LaBelle tilføjede. "Vi tager vores eksperiment til to forskellige miljøer, hvor variablerne er forskellige, og test derefter teorien og svar på spørgsmålene."