火箭穿过活跃的北极光，研究加速电子进入大气层的波
2019年1月4日,美国东部时间上午4分37秒的时候CAPER-2任务,然后从Andøya航天中心发射,挪威,四黑色黑雁十二探空火箭。火箭飞到480英里高的最高点，然后坠入北冰洋。火箭穿过活跃的北极光，研究加速电子进入大气层的波。
CAPER-2是Cusp Alfven和Plasma Electrodynamics rocket -2的缩写，是一种探测火箭任务——一种携带科学仪器的航天器，在返回地球之前，要进行有针对性的短程太空飞行。除了相对低廉的价格和快速的开发时间，探空火箭非常适合发射到短暂的事件中，比如突然形成的北极光。
对于CAPER-2的科学家们来说，飞越极光让我们得以窥见一个既基本又复杂的过程:粒子如何在整个空间中加速?NASA研究这一现象的目的不仅是为了更好地了解地球周围的空间环境——从而保护我们的太空技术免受辐射——而且是为了帮助我们了解整个太阳系乃至更远地区的恒星和大气的本质。
新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院(Dartmouth College)的空间物理学家吉姆·拉贝尔(Jim LaBelle)说，“在整个宇宙中，带电粒子都在加速——在太阳的大气层中，在太阳风中，在其他行星的大气层中，在天体物理物体中。”“极光为我们提供了一个本地实验室，在那里我们可以近距离观察这些加速过程。”
从技术上讲，CAPER-2团队对极光开始发光之前发生的事情很感兴趣。从太空涌入大气层的电子与大气中的气体发生碰撞，从而引发极光。不知怎么的，它们在这个过程中加快了速度。“当它们撞击我们的大气层时，这些电子的速度比以前快了10倍以上，”道格·罗兰(Doug Rowland)说，他是马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心(Goddard space Flight Center)的太空物理学家，也研究粒子加速度。“我们仍然不明白这是如何发生的基本物理原理。”
CAPER-2团队关注的是白天形成的一种特殊的极光。与夜晚的极光不同，白天的极光是由直接从太阳流入的电子触发的，而我们对它们知之甚少。“人们对常规夜间极光进行了大量研究，但对日间极光的研究要少得多，”爱荷华市爱荷华大学(University of Iowa in Iowa City)的空间物理学家克雷格·克莱茨(Craig Kletzing)说。“有很好的迹象表明，两者既有相似之处，也有不同之处。”
研究小组正致力于研究产生日间极光的电子是如何被波以不同于夜间极光的方式推挤的。有两种波具有特殊的意义，它们的作用是相反的。阿尔芬波是以瑞典诺贝尔奖得主汉内斯·阿尔芬的名字命名的，他在1942年首次预言了这种波的存在。这些巨大的波——从一个峰到另一个峰长达数十到数百英里——沿着地球的磁力线传播，来回震荡电子。
另一边是朗缪尔波，它是由电子自身产生的，这个过程会窃取一些电子的能量，使它们变慢。CAPER-2将携带一个高分辨率的波粒相关器来测量它们，这是首个探测白天极光的火箭任务。LaBelle说:“这是一个数据密集型的过程。”“探测火箭能够如此详细地观察这种机制，这是独一无二的。”
为了这次发射，CAPER-2团队前往挪威北部，这是为数不多的几个能将火箭发射到极光白天范围内的地方之一。每天，挪威北部都会在地球磁场的一个开口下旋转，这个开口被称为北极尖端，来自太阳的粒子可以在这里进入我们的高层大气。
在极光形成的地方见到它们是理解物理过程的最好方法，这些物理过程太大了，无法在实验室中复制。“这是一种自然实验室，”LaBelle补充说。“我们把实验带到两个不同的环境中，在那里变量是不同的，然后测试理论并回答问题。”
