美國宇航局（NASA）近日在阿拉斯加成功實(shí)施兩次探空火箭發(fā)射任務(wù)，將三枚火箭直接送入絢麗的北極光之中，首次“潛入”這一天空奇觀背后隱秘而強(qiáng)大的電流系統(tǒng)，獲取高質(zhì)量原位觀測數(shù)據(jù)。

此次行動(dòng)包括“黑暗與彌散極光科學(xué)測量者”（Black and Diffuse Auroral Science Surveyor）任務(wù)，以及名為“GNEISS”（Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science，地球物理非平衡電離層系統(tǒng)科學(xué)）的雙火箭任務(wù)，發(fā)射地點(diǎn)均位于費(fèi)爾班克斯附近的撲克弗拉特試驗(yàn)場（Poker Flat Research Range）。

“黑暗與彌散極光科學(xué)測量者”火箭于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月9日凌晨3時(shí)29分從阿拉斯加升空，飛行高度約達(dá)到224英里（約360公里）。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人瑪麗莉亞·薩馬拉表示，火箭搭載的所有科學(xué)儀器及技術(shù)驗(yàn)證載荷均運(yùn)行正常，團(tuán)隊(duì)已獲得質(zhì)量極高的數(shù)據(jù)，為解析極光中的“黑暗”和彌散結(jié)構(gòu)提供了寶貴資料。

緊接其后的是GNEISS雙火箭任務(wù)，該任務(wù)于2月10日1時(shí)19分00秒和1時(shí)19分30秒先后發(fā)射，兩枚火箭幾乎同時(shí)飛入同一片極光帶上空，最高飛行高度分別約為198.3英里（319.06公里）和198.8英里（319.94公里）。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、達(dá)特茅斯學(xué)院教授克里斯蒂娜·林奇表示，所有地面測站、子載荷以及伸展式儀器吊桿均按預(yù)期工作，團(tuán)隊(duì)對(duì)發(fā)射操作和初步數(shù)據(jù)表現(xiàn)“非常滿意”。

科學(xué)家指出，極光現(xiàn)象本質(zhì)上是空間高能電子流入地球上層大氣，與氣體分子發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的發(fā)光，就像電流通過燈絲點(diǎn)亮燈泡一樣。但耀眼的光只是整個(gè)巨大電路的一部分：在任何電路中，電流都必須形成閉合回路，流入大氣產(chǎn)生極光的電子束相對(duì)集中，而完成電路的“回流”電子則更為紊亂，會(huì)在碰撞、風(fēng)場、壓強(qiáng)差以及不斷變化的電場和磁場作用下四散運(yùn)動(dòng)，最終重新找到返回太空的路徑。

要真正理解這套龐大電路如何閉合，僅僅知道火箭飛過哪一點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究人員必須描繪出回流電流在大氣中如何擴(kuò)散分布，這需要同時(shí)追蹤眾多路徑，是一項(xiàng)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。為此，GNEISS任務(wù)通過“兩箭協(xié)同+地面接收網(wǎng)”的方式，構(gòu)建了一個(gè)類似醫(yī)學(xué)“CT掃描”的三維成像方案，用來重建極光電流在高空等離子體中的結(jié)構(gòu)。

在飛行過程中，兩枚火箭沿相近但略有差異的軌跡穿越同一片極光區(qū)域，并各自釋放四個(gè)子載荷，在發(fā)光區(qū)內(nèi)部的多個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行同步觀測?；鸺粩嘞虻孛姘l(fā)送無線電信號(hào)，這些信號(hào)在穿過周圍等離子體時(shí)會(huì)被“改寫”，類似X射線穿過人體不同組織時(shí)被差異吸收?？蒲腥藛T通過分析信號(hào)的微小變化，反演出等離子體密度分布以及電流通道位置，從而獲取極光環(huán)境的大尺度三維“電流地圖”。

極光電流不僅是基礎(chǔ)物理問題，更與“空間天氣”密切相關(guān)。科學(xué)家指出，這些電流控制著來自太空的能量如何在地球高層大氣中沉降和分配，當(dāng)電流擴(kuò)散開來時(shí)，會(huì)加熱局部大氣、激發(fā)強(qiáng)風(fēng)，并產(chǎn)生湍流，對(duì)在該高度飛行或經(jīng)過的衛(wèi)星造成潛在影響。近年來，科研界已通過地面光學(xué)觀測和軌道衛(wèi)星展開多角度聯(lián)合研究，其中NASA于2025年3月發(fā)射的EZIE衛(wèi)星任務(wù)正從太空監(jiān)測極光電流，與此次火箭“穿越式”原位測量形成互補(bǔ)。

在此次發(fā)射窗口內(nèi)，NASA同步實(shí)施了“黑暗與彌散極光科學(xué)測量者”任務(wù)，重點(diǎn)針對(duì)極光中被稱為“黑極光”（black auroras）的暗斑區(qū)域進(jìn)行探測?，F(xiàn)有理論認(rèn)為，這些異?！白儼怠钡膮^(qū)域可能標(biāo)志著電流在局部出現(xiàn)急劇反向，從而在整體電路中扮演關(guān)鍵角色。該任務(wù)曾在2025年因天氣和科學(xué)條件不理想而推遲，此番成功飛行意味著科研團(tuán)隊(duì)終于握到研究這一區(qū)域的首批系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

研究人員表示，極光是空間等離子體、地球磁場和大氣相互作用的結(jié)果，其中涉及電流、帶電粒子和無數(shù)次微觀碰撞，是理解地球空間環(huán)境的重要“窗口”。與長期在地表“仰望”極光不同，探空火箭為科學(xué)家提供了難得的機(jī)會(huì)，能夠在極光最活躍的時(shí)刻直接穿越其中，將儀器送入關(guān)鍵區(qū)域執(zhí)行“短平快”的精確任務(wù)。通過這類高時(shí)空分辨率的觀測，科研人員正在把轉(zhuǎn)瞬即逝的天幕光影，轉(zhuǎn)化為揭示空間天氣如何塑造我們星球的深層知識(shí)。