NASA向北极光发射三枚火箭，结果令人惊叹

黑极光科学探测器于美国阿拉斯加标准时间2月9日凌晨3点29分（美国东部时间早上7点29分）发射，攀升至约224英里（360公里）高度。首席研究员玛丽莉亚·萨马拉报告称，包括技术演示在内的所有仪器均按计划运行，任务返回了高质量数据。

紧随其后的是GNEISS任务，这是一个双火箭任务，于美国阿拉斯加标准时间2月10日凌晨1点19分00秒和1点19分30秒（美国东部时间早上5点19分00秒和5点19分30秒）进行了戏剧性的背靠背发射。两枚火箭分别达到约198.3英里（319.06公里）和198.8英里（319.94公里）的峰值高度。首席研究员克里斯蒂娜·林奇表示，地面站、子有效载荷和仪器臂均按预期运行，团队对发射和目前收集的数据都感到满意。

### 北极光是如何形成电路的
当极光点亮夜空时，其能量来自从太空流向地球高层大气的电子。这些带电粒子为大气气体提供能量，使其发光，这类似于电流通过电线为灯泡供电。

但这个过程并非在发光处就结束了。电流是循环流动的。就像灯泡是完整电路的一部分一样，极光只是更大电路中的一个环节。如果电子流入大气，它们也必须返回太空才能完成电路循环。

进入大气的粒子束相对集中，就像电流通过电线一样。然而，返回的电子流却分散得多。在激发极光后，电子会向多个方向扩散。它们的运动受到碰撞、变化的风、气压差以及不断变化的电场和磁场的影响。最终，它们会返回太空，但这之前要穿过不断变化的高层大气。

### GNEISS对极光电流进行3D扫描
要真正理解极光的工作原理，科学家需要了解这种返回电流如何闭合电路。这意味着绘制电流在天空中可能经过的多条路径，这极具挑战性。

“我们不仅关注火箭的飞行路径，”GNEISS首席研究员、新罕布什尔州达特茅斯学院教授克里斯蒂娜·林奇说，“我们想知道电流是如何向下扩散穿过大气的。”

林奇设计GNEISS就是为了回答这个问题。该任务利用两枚火箭和协调的地面接收器网络，构建极光电气环境的三维图像。

“这本质上就像是对极光下方的等离子体进行CT扫描，”林奇说。

两枚火箭并排发射进入同一极光区域，各自沿着略有不同的路径飞行。进入极光区域后，每枚火箭释放四个子有效载荷，在发光区域内的多个点进行测量。

当火箭飞过时，它们通过周围的等离子体向地面接收器传输无线电信号。等离子体在信号穿过时会改变信号，就像人体组织在医学CT扫描中改变X射线一样。通过分析这些变化，科学家可以确定等离子体密度，并识别电流能够流动的位置。结果就是对极光进行大规模的CT式扫描。

### 绘制极光电流对太空天气的重要性
了解这些电流不仅仅是解决一个物理难题。极光电流控制着太空能量在地球高层大气中的分布。当电流扩散时，会加热大气、搅动风并产生湍流，这些都可能影响在该区域运行的卫星。

研究人员长期以来一直依靠地面仪器研究极光。美国宇航局2025年3月发射的EZIE卫星任务从轨道上测量极光电流。通过结合卫星观测、地面图像和探空火箭的直接测量，科学家可以同时从多个角度研究这个系统。

“如果我们能将现场测量与地面图像结合起来，就能学会解读极光，”林奇说。

### 研究黑极光和电流反转
在这次发射活动中，GNEISS火箭并非孤军奋战。黑极光科学探测器专注于极光中被称为“黑极光”的异常黑暗区域。这些空白区域可能标志着电流突然反向的区域。

该任务是其第二次飞行尝试，2025年的首次尝试因天气和科学条件原因被推迟。随着此次发射成功，研究人员现在有了新数据，用于研究这些神秘的黑暗区域如何融入更广泛的极光电路中。

极光形成于太空与地球大气相互作用的地方。电流、带电粒子流和无数碰撞共同造就了这些发光现象。探空火箭提供了直接穿越极光的难得机会，将仪器精确放置在活动发生的位置。通过短暂但精确计时的任务，美国宇航局正将转瞬即逝的光转化为对太空天气如何塑造地球高层大气的更深入洞察。