美国宇航局成功实施了一项高空极光探测任务，在阿拉斯加上空向绚丽的北极光发射了三枚火箭。其中一枚火箭专门用于研究被称为"黑色极光"的神秘暗斑，而双联的GNEISS火箭则对极光电流进行了三维扫描探测。所有火箭均抵达预定高度并传回大量有效数据。这项研究成果以前所未有的视角揭示了这些壮丽光影秀从太空到天空的能量传输机制。
黑色与弥漫极光科学探测者于阿拉斯加标准时间2月9日凌晨3点29分（美国东部标准时间上午7点29分）发射，攀升至约224英里（360公里）的高度。首席研究员玛丽利亚·萨马拉报告称，包括技术演示设备在内的所有仪器均按计划运行，任务已传回高质量数据。
随后是GNEISS双火箭任务，于阿拉斯加标准时间2月10日凌晨1点19分00秒和1点19分30秒（美国东部标准时间上午5点19分00秒和5点19分30秒）连续发射，场面壮观。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、子载荷和仪器吊杆均按预期运行，团队对此次发射及迄今收集到的数据感到满意。
北极光如何形成电路
当极光照亮夜空时，其能量源自从太空向下流入地球高层大气的电子。这些带电粒子激发大气气体，使其发光。这个过程类似于电流通过导线为灯泡供电。
但这个过程并非止于光亮出现之处。电流是循环流动的。正如灯泡是完整电路的一部分，极光只是一个更大电路回路中的一站。如果电子流入大气，它们也必须返回太空以完成回路。
入射的粒子束相对集中，如同电流流过电线。然而，返回的电流则分散得多。在激发极光后，电子向各个方向扩散。它们的运动受到碰撞、变化的风、气压差以及变化的电场和磁场的塑造。最终，它们曲折地穿过不断变化的高层大气，回到太空。
GNEISS任务对极光电流进行三维扫描
要真正理解极光的工作原理，科学家需要弄清楚这种返回电流是如何闭合回路的。这意味着要绘制电流在天空中可能经过的众多路径，这极具挑战性。
"我们不仅对火箭飞行的区域感兴趣，"GNEISS任务首席研究员、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。"
林奇设计了GNEISS任务来回答这个问题。该任务利用两枚火箭和一个协调的地面接收器网络，构建极光电环境的立体图像。
"这本质上就像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片极光，各自沿略微不同的轨迹飞行。进入极光区后，每枚火箭释放了四个子载荷，以在发光区域内的多个点进行测量。
当它们在头顶飞行时，火箭向地面接收器发射穿过周围等离子体的无线电信号。等离子体在信号穿过时改变了它们，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区域。其结果是对极光进行一次大规模的CT式扫描。
绘制极光电流图为何对空间天气至关重要
理解这些电流不仅仅是解决一个物理谜题。极光电流控制着来自太空的能量如何在地球高层大气中分布。当电流扩散时，它们会加热大气，扰动风场，并产生湍流，可能影响经过该区域的卫星。
研究人员长期以来依赖地基仪器研究极光。美国国家航空航天局（NASA）于2025年3月发射的EZIE卫星任务，正是从轨道上测量极光电流。通过结合卫星观测、地面成像以及探空火箭的直接测量，科学家可以同时从多个角度审视这个系统。
"如果我们能将原位测量与地基成像结合起来，那么我们就能学会解读极光，"林奇说。
研究黑色极光与电流反转
在这次发射活动中，并非只有GNEISS火箭。黑色与弥漫极光科学探测者专注于极光内被称为"黑色极光"的异常暗区。这些空白区域可能标志着电流方向突然反转的区域。
此次任务是该探测器的第二次飞行尝试，此前2025年的尝试因天气和科学条件而被推迟。随着此次成功发射，研究人员现在获得了新数据，以研究这些神秘的暗斑是如何融入更广阔的极光回路的。
极光形成于太空与地球大气相互作用的区域。电流、带电粒子流以及无数次碰撞共同造就了这些发光现象。探空火箭提供了难得的机会，可以直接飞越这些现象，将仪器精确部署在活动发生之处。通过短暂但精准定时的任务，NASA正将转瞬即逝的闪光转化为更深刻的洞察，用以理解空间天气如何塑造我们星球的高层大气。