很少有自然景观能像北极光那样令人敬畏，NASA 的科学家们希望两项新的火箭任务能帮助阐明导致如此壮丽的灯光秀的进程。这两项任务的发射窗口于 2025 年 1 月 21 日开放，目标是阿拉斯加的夜空，那里在冬季会定期出现北极光。
极光是太阳风与地球磁层（包含其磁场）相互作用的副产品。在太阳耀斑或日冕物质抛射之后，来自太阳的等离子体被推向太空。当这种能量爆发到达地球磁场时，电子开始与氧气和氮气等气体碰撞，导致它们发出鲜艳的光芒，产生极光。
通过新任务，NASA 科学家想确切地知道这些碰撞为何会发生。这些任务是 NASA探空火箭计划的一部分，该计划发射装有科学仪器的小型火箭进入太空。这些火箭通常在太空停留很短的时间（5 到 20 分钟），速度较低，因此适合进行一些卫星无法进行的实验。
电子加速的作用
一项代号为 GIRAFF（地面成像到火箭研究快速极光特征）的任务将发射两枚火箭。每枚火箭将飞入一种不同类型的极光：一枚用于快速脉动极光，这种极光每秒闪烁几次；另一枚用于闪烁极光，这种极光每秒闪烁多达 15 次。
快速脉动极光和闪烁极光之间的差异可能在于电子加速方式的不同。为了更好地理解这个概念，两枚火箭都将测量电子加速过程中关键的因素，包括形成极光的电子群的能量、数量和相对到达时间。
探索黑色极光
另一项任务，即黑色和弥散极光科学探测器，将研究黑色极光，也称为反极光。这些听起来矛盾的现象在某些区域似乎缺乏光线，在原本五彩斑斓的极光中留下了黑暗的空间。
欧洲航天局的 Cluster 任务，拥有四颗监测地球磁层的卫星，此前曾观测到黑色极光。天文学家认为它们的形成涉及一个偏离正常轨迹的过程，即来自太阳风暴的电子；这些电子没有进一步进入地球的电离层（带电粒子存在的电离上层大气），而是可能反向运动，重新回到太空中。
此任务的火箭将飞往黑色极光区域，以探测电子群，研究人员希望这将有助于深入了解电子反向运动的原因。
繁忙的极光年
北极光以一种有些不可预测的方式移动，使得精确瞄准它们变得很困难。为了做好准备，NASA 的研究人员将使用地面相机追踪极光，以确定火箭应走的正确路径。他们计划让火箭瞄准的不是极光的精确位置，而是他们预测极光可能出现的地方。
这些任务发生在这个太阳非常活跃的时期，导致太阳风暴的频率和强度更高。去年，太阳达到了其太阳活动极大期，其磁场翻转，标志着其 11 年太阳周期的活动高峰。太阳活动极大期的影响将在 2025 年的大部分时间里继续在地球上显现，这也解释了为什么今年的极光预计会非常壮观。
阅读更多： 2024 年的耀眼太阳
文章来源
我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源，我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源
科学教育中心。极光：北极光和南极光
NASA。NASA 火箭将飞越闪烁、消失的极光
NASA。探空火箭
欧洲航天局。黑色极光
