Die NASA hat vor Kurzem erfolgreich zwei Raketenstartmissionen in Alaska durchgeführt und dabei drei Raketen direkt in die wunderschönen Nordlichter geschickt. Zum ersten Mal „schlich“ es sich in das geheime und mächtige Strömungssystem hinter diesem Himmelswunder, um hochwertige In-situ-Beobachtungsdaten zu erhalten.
Die Operation umfasst die Mission Black and Diffuse Auroral Science Surveyor und eine Doppelraketenmission namens GNEISS (Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science), die beide vom Poker Flat Research Range in der Nähe von Fairbanks aus gestartet wurden.
Die „Dark and Diffuse Aurora Science Surveyor“-Rakete startete am 9. Februar um 3:29 Uhr Ortszeit in Alaska und flog in eine Höhe von etwa 224 Meilen (ungefähr 360 Kilometer). Projektleiterin Marilia Samara sagte, dass alle von der Rakete getragenen wissenschaftlichen Instrumente und technischen Prüflasten normal funktionieren und das Team äußerst hochwertige Daten erhalten habe, die wertvolle Informationen für die Analyse der „Dunkelheit“ und diffusen Strukturen im Polarlicht liefern.
Unmittelbar darauf folgte die Doppelraketenmission GNEISS, die am 10. Februar nacheinander um 1:19:00 und 1:19:30 gestartet wurde. Die beiden Raketen flogen fast gleichzeitig über denselben Auroragürtel, wobei die höchsten Flughöhen etwa 198,3 Meilen (319,06 Kilometer) bzw. 198,8 Meilen (319,94 Kilometer) lagen. Projektleiterin Christina Lynch, Professorin am Dartmouth College, sagte, dass alle Bodenstationen, Unterlasten und verlängerten Instrumentenausleger wie erwartet funktionierten und das Team mit den Startvorgängen und der vorläufigen Datenleistung „sehr zufrieden“ sei.
Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass das Polarlichtphänomen im Wesentlichen der Fluss hochenergetischer Elektronen aus dem Weltraum in die obere Erdatmosphäre und die Lumineszenz ist, die nach der Kollision mit Gasmolekülen entsteht, genau wie der Strom, der durch einen Glühfaden fließt, um eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen. Doch das blendende Licht ist nur ein Teil des gesamten riesigen Stromkreises: In jedem Stromkreis muss der Strom einen geschlossenen Kreislauf bilden. Die Elektronenstrahlen, die in die Atmosphäre strömen, um Polarlichter zu erzeugen, sind relativ konzentriert, während die „zurückkehrenden“ Elektronen, die den Kreislauf vervollständigen, chaotischer sind und sich unter dem Einfluss von Kollisionen, Windfeldern, Druckunterschieden und sich ändernden elektrischen und magnetischen Feldern bewegen und schließlich ihren Weg zurück in den Weltraum finden.
Um wirklich zu verstehen, wie dieser riesige Kreislauf geschlossen ist, reicht es nicht aus, nur zu wissen, wohin die Rakete fliegt. Forscher müssen kartieren, wie sich der Rückstrom in der Atmosphäre ausbreitet. Dies erfordert die gleichzeitige Verfolgung vieler Pfade, was eine große technische Herausforderung darstellt. Zu diesem Zweck baute die GNEISS-Mission eine dreidimensionale Bildgebungslösung ähnlich dem medizinischen „CT-Scannen“ durch „Zwei-Pfeil-Kollaboration + Bodenempfangsnetzwerk“ auf, um die Struktur des Polarlichtstroms in Plasma in großer Höhe zu rekonstruieren.
Während des Fluges durchquerten die beiden Raketen dasselbe Polarlichtgebiet auf ähnlichen, aber leicht unterschiedlichen Flugbahnen und setzten jeweils vier Unternutzlasten ab, um gleichzeitige Beobachtungen an mehreren Punkten innerhalb des leuchtenden Gebiets durchzuführen. Die Rakete sendet kontinuierlich Funksignale zum Boden, die beim Durchgang durch das umgebende Plasma „umgeschrieben“ werden, ähnlich wie Röntgenstrahlen beim Durchgang durch verschiedene Gewebe des menschlichen Körpers unterschiedlich absorbiert werden. Durch die Analyse kleiner Signaländerungen kehren die Forscher die Plasmadichteverteilung und die aktuellen Kanalpositionen um, um eine groß angelegte dreidimensionale „Stromkarte“ der Polarlichtumgebung zu erhalten.
Polarstrom ist nicht nur ein grundlegendes physikalisches Problem, sondern auch eng mit dem „Weltraumwetter“ verbunden. Wissenschaftler weisen darauf hin, dass diese Strömungen steuern, wie sich Energie aus dem Weltraum in der oberen Erdatmosphäre niederschlägt und verteilt. Wenn sich die Strömungen ausbreiten, können sie die örtliche Atmosphäre erwärmen, starke Winde auslösen und Turbulenzen erzeugen, die sich möglicherweise auf Satelliten auswirken, die in dieser Höhe fliegen oder vorbeifliegen. In den letzten Jahren hat die wissenschaftliche Forschungsgemeinschaft gemeinsame Mehrwinkelforschung durch bodengestützte optische Beobachtungen und umlaufende Satelliten durchgeführt. Unter anderem überwacht die im März 2025 gestartete EZIE-Satellitenmission der NASA Polarlichtströme aus dem Weltraum und ergänzt damit die „Pass-Through“-In-situ-Messung dieser Rakete.
Während dieses Startfensters führte die NASA gleichzeitig die Mission „Dark and Diffuse Aurora Scientific Surveyor“ durch, deren Schwerpunkt auf der Erkennung der dunklen Flecken im Polarlicht lag, die als „schwarze Polarlichter“ bezeichnet werden. Aktuelle Theorien legen nahe, dass diese ungewöhnlich „dunklen“ Bereiche lokale scharfe Umkehrungen des Stromflusses markieren und eine Schlüsselrolle im Gesamtkreislauf spielen könnten. Die Mission wurde aufgrund unbefriedigender Wetter- und wissenschaftlicher Bedingungen im Jahr 2025 verschoben. Dieser erfolgreiche Flug bedeutet, dass das wissenschaftliche Forschungsteam endlich über die ersten systematischen Daten verfügt, um dieses Gebiet zu untersuchen.
Forscher sagten, dass Polarlichter das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Weltraumplasma, dem Erdmagnetfeld und der Atmosphäre sind, die Ströme, geladene Teilchen und unzählige mikroskopische Kollisionen beinhaltet. Es ist ein wichtiges „Fenster“ zum Verständnis der Weltraumumgebung der Erde. Im Gegensatz zum langen „Aufblicken“ auf das Polarlicht an der Oberfläche bieten Höhenforschungsraketen Wissenschaftlern die seltene Gelegenheit, direkt durch das Polarlicht zu reisen, wenn es am aktivsten ist, und Instrumente in Schlüsselbereiche zu schicken, um „kurze, flache und schnelle“ präzise Aufgaben auszuführen. Durch solche Beobachtungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung wandeln Forscher das flüchtige Licht und Schatten des Himmels in umfassendes Wissen um, das Aufschluss darüber gibt, wie das Weltraumwetter unseren Planeten prägt.