
北極光常被形容為“舞動”,因為它們的形狀和亮度會不斷變化。在極光內部,產生極光的帶電粒子也在舞動,科學家仍在努力探討這種運動的具體結構。
「光線舞動的模式是否與電流不同?」猶他州立大學洛根分校的空間天氣研究員查爾斯·斯文森問道。 「可見的極光非常動態,而且很美——你可以看到幾分之一秒內發生的變化,幾分鐘內它就能橫掃天空或消失。我們認為其背後的電壓和電流,也就是‘不可見的極光’,同樣具有動態性,但我們尚不清楚。”
斯文森是極光空間結構探測器(ASSP)計畫的首席科學家。 ASSP是未來幾週內將要發射的五枚亞軌道火箭之一,它們將進入活躍的極光區域。 ASSP計畫的研究人員希望該計畫能幫助他們更清晰地了解太陽輻射、天氣和地球磁層如何相互作用,從而影響氣候和全球通訊。
“光線舞動的模式是否與電流的模式不同?”
北極光,又稱極光,是由太陽帶電粒子撞擊地球大氣層中的氧分子和氮分子而產生的。太陽粒子的能量激發這些分子,使其發出彩色光。 (地球磁場將太陽粒子拉向磁北極和磁南極,這就是為什麼極光通常只在這些區域附近出現。)
斯文森說,NASA已經用火箭穿越極光進行了大約30年的研究,這些任務提出了一個根本性的問題。當火箭沿著直線穿過極光時,儀器會記錄到快速變化的電壓和電流,但科學家們尚不確定這些變化是發生在空間上還是時間上,抑或兩者兼而有之。
這個問題無法僅透過一次測量來解答。理想情況下,科學家會發射一系列能夠懸浮在極光內部的儀器,以測量其隨時間的變化。但由於反重力技術尚未發明,研究人員只好另闢蹊徑。而這正是ASSP計畫發揮作用的地方。

從現在到 1 月 27 日之間的某個時候,當地球和太空的天氣都合適時,ASSP 將搭乘一枚 70 英尺、11000 磅重的火箭從阿拉斯加的波克弗拉特研究靶場發射升空。
ASSP 將在北極光下飛行約 10 分鐘,收集資料後濺落在北冰洋。飛行過程中,火箭將使用氣砲(團隊戲稱為「南瓜炮」)發射六個咖啡罐大小的有效載荷。這些有效載荷將以高達每秒 131 英尺的速度噴射而出,並在下落過程中持續記錄周圍環境的電場、磁場和離子密度。
由於無法進行長時間的固定測量,火箭將改為發射有效載荷,使它們在不同時間飛越完全相同的點,“就像串珠子一樣”,斯文森說。如果有效載荷在不同時間飛越同一點並測量到不同的電壓和電流,研究團隊就能確定這種變化是時間性的。如果有效載荷在不同時間飛越同一點且測量結果完全相同,他們就能確定這種變化是空間性的。
「南瓜投擲器」將以每秒 131 英尺的速度發射有效載荷。
斯文森說,結果也可能兩者兼具。 “當我們分解數據時,我們可能會發現最小的結構都是時間性的,而較大的結構大多是空間性的,至少在我們測量的尺度上是這樣。”
雖然這個問題主要有利於那些想要精確模擬極光的科學家,但該任務也在研究極光如何影響大氣中的熱量分佈,這會影響衛星通訊。
當電子流經地球磁層時,大氣阻力會產生熱。熱量會使氣體膨脹,可能使近地軌道衛星的阻力增加1000%甚至更多,甚至可能導致衛星偏離軌道。透過測量極光的溫度和電流,ASSP數據可以幫助預測太陽粒子何時何地加熱大氣。這反過來又使衛星軌道的預測變得更加容易,這對那些有時需要衛星在特定時間出現在特定地點的公司(以及國防部門)來說非常有用。
未來幾週內啟動的其他極光探測實驗將有助於闡明太陽風暴如何導致臭氧損耗,以及大氣如何在極光中混合。
更正,2015年1月16日下午1:40:先前版本報道中,火箭長度誤寫為17英尺,實際長度為70英尺。我們對此錯誤深表歉意。