На этой фотографии показаны примеры черного полярного сияния — темных пятен, которые иногда образуются внутри полярного сияния, где электроны уходят вверх. Фотография была сделана 29 сентября 2024 года в 3:19 утра по центральному поясному времени недалеко от Томпсона, Манитоба, Канада. Фотограф Донна Лах предоставила это изображение гражданскому научному проекту НАСА «Авроразавр», который работает с участниками со всего мира над фотографированием, сообщением и проверкой наблюдений полярных сияний для развития науки о полярных сияниях. Фото предоставлено: Донна Лах
Две ракетные миссии НАСА летят в небо Аляски в надежде выяснить, почему одни полярные сияния мерцают, другие пульсируют, а третьи полны дыр. Понимание этих особенностей является частью цели НАСА — понять космическую среду вокруг нашей планеты, которая может влиять как на космические корабли, так и на астронавтов.
Окно запуска миссий, которые начнутся с исследовательского полигона Poker Flat в Фэрбенксе, Аляска, откроется 21 января 2025 года.
Наблюдение за Aurora Borealis (Северным сиянием) может стать волнующим опытом. Когда цветные полосы заполняют ночное небо, постоянная связь Земли с космосом становится визуально очевидной. Это может успокоить ум. Но это безмятежное сияние поддерживается бесчисленными маленькими столкновениями, каскадами маленьких столкновений, каждое из которых вызвано своенравным электроном. Они оставляют после себя светящиеся газы, похожие на тлеющие обломки. Для тех, кто менее романтичен, просмотр северного сияния может считаться первоклассным развлечением.
Эта метафора полярного сияния немного драматична. Но это проливает свет на вопрос, который изучают Марилия Самара и Роберт Мичелл, космические физики из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд: что заставляет эти электроны отклоняться от курса?
Подобно следователям на месте преступления, Самара и Мичелл будут использовать улики на месте крушения и работать в обратном порядке, чтобы выяснить причину. Будучи главными исследователями двух предстоящих ракетных миссий, они планируют запустить ракеты через активные полярные сияния, чтобы выяснить, что заставило их двигаться по разрушительному пути.
Миссия GIRAFF (Ground Imaging to Rocket Investigation of Auroral Fast Features) включает в себя две ракеты, каждая из которых оснащена одинаковыми приборами. Каждая ракета будет нацелена на определенный подтип полярных сияний: одна — на так называемые быстропульсирующие полярные сияния, которые вспыхивают и повторно вспыхивают несколько раз в секунду, а другая — на мерцающие полярные сияния, которые делают это до 15 раз в секунду.
«Это похоже на мерцание старого телевизора», — сказал Мичелл, возглавляющий миссию GIRAFF.
Мичелл подозревает, что быстро пульсирующие и мерцающие полярные сияния вызываются различными процессами ускорения электронов. Чтобы выяснить это, его команда запустит ракету по каждому типу полярных сияний, измерив энергию, количество и относительное время прибытия составляющих их популяций электронов. Он надеется, что измерения смогут предоставить информацию о том, какие процессы ускорения происходят и где в околоземном пространстве они происходят.
Вторая ракетная миссия под руководством Самары будет изучать так называемые «черные полярные сияния», при которых свет от полярных сияний, по-видимому, отсутствует. За последние 25 лет исследования кластерных спутников ЕКА (Европейского космического агентства) и НАСА показали, что эти темные пятна могут образовываться там, где обычно приходящий поток электронов меняет направление и уходит обратно в космос. Конечно, не каждое пустое место северного сияния подходит под это описание. Вам нужно обнаружить утечку электронов, чтобы понять, что это реальная проблема.
«Иначе это не черное сияние, а просто отсутствие полярных сияний», — сказала Самара.
Команда Самары запустит свою ракету через черное полярное сияние и прилегающие регионы, изучая популяции электронов во время полета, чтобы понять, как и почему происходит этот разворот тока. Миссия называется Black and Diffuse Aurora Science Surveyor. (Акроним оставлен в качестве упражнения для читателя.)
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«Самое сложное еще впереди»
Даже на Аляске, где северное сияние светит большую часть зимних ночей, пролететь через него на ракете – немалый подвиг. Над земными ветрами северное сияние движется по своим принципам. Чтобы знать, когда запускать, обе команды будут отслеживать полярные сияния с помощью наземных камер на стартовой площадке и в обсерватории нижнего радиуса действия в Венети, Аляска, примерно в 130 милях к северо-востоку от траектории ракет.
«Мы будем наблюдать за движением этих структур с помощью камеры, охватывающей все небо, и постараемся контролировать их точно в нужный момент», — сказал Мичелл.
Поскольку подъем ракет на высоту занимает около пяти минут, команды должны направлять их не туда, где находятся полярные сияния, а туда, где, по их мнению, они будут. Из множества инструментов, имеющихся в их распоряжении, опыт является лучшим руководством.
«Вы делаете все возможное, но вам нужно определенное сочетание интуиции и решимости», — сказала Самара.
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
