三枚NASA火箭直击北极光的电光核心

美国宇航局（NASA）近日在阿拉斯加成功实施两次探空火箭发射任务，将三枚火箭直接送入绚丽的北极光之中，首次“潜入”这一天空奇观背后隐秘而强大的电流系统，获取高质量原位观测数据。

此次行动包括“黑暗与弥散极光科学测量者”（Black and Diffuse Auroral Science Surveyor）任务，以及名为“GNEISS”（Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science，地球物理非平衡电离层系统科学）的双火箭任务，发射地点均位于费尔班克斯附近的扑克弗拉特试验场（Poker Flat Research Range）。

“黑暗与弥散极光科学测量者”火箭于当地时间2月9日凌晨3时29分从阿拉斯加升空，飞行高度约达到224英里（约360公里）。项目负责人玛丽莉亚·萨马拉表示，火箭搭载的所有科学仪器及技术验证载荷均运行正常，团队已获得质量极高的数据，为解析极光中的“黑暗”和弥散结构提供了宝贵资料。

紧接其后的是GNEISS双火箭任务，该任务于2月10日1时19分00秒和1时19分30秒先后发射，两枚火箭几乎同时飞入同一片极光带上空，最高飞行高度分别约为198.3英里（319.06公里）和198.8英里（319.94公里）。项目负责人、达特茅斯学院教授克里斯蒂娜·林奇表示，所有地面测站、子载荷以及伸展式仪器吊杆均按预期工作，团队对发射操作和初步数据表现“非常满意”。

科学家指出，极光现象本质上是空间高能电子流入地球上层大气，与气体分子发生碰撞后产生的发光，就像电流通过灯丝点亮灯泡一样。但耀眼的光只是整个巨大电路的一部分：在任何电路中，电流都必须形成闭合回路，流入大气产生极光的电子束相对集中，而完成电路的“回流”电子则更为紊乱，会在碰撞、风场、压强差以及不断变化的电场和磁场作用下四散运动，最终重新找到返回太空的路径。

要真正理解这套庞大电路如何闭合，仅仅知道火箭飞过哪一点远远不够，研究人员必须描绘出回流电流在大气中如何扩散分布，这需要同时追踪众多路径，是一项巨大的技术挑战。为此，GNEISS任务通过“两箭协同+地面接收网”的方式，构建了一个类似医学“CT扫描”的三维成像方案，用来重建极光电流在高空等离子体中的结构。

在飞行过程中，两枚火箭沿相近但略有差异的轨迹穿越同一片极光区域，并各自释放四个子载荷，在发光区内部的多个点位进行同步观测。火箭不断向地面发送无线电信号，这些信号在穿过周围等离子体时会被“改写”，类似X射线穿过人体不同组织时被差异吸收。科研人员通过分析信号的微小变化，反演出等离子体密度分布以及电流通道位置，从而获取极光环境的大尺度三维“电流地图”。

极光电流不仅是基础物理问题，更与“空间天气”密切相关。科学家指出，这些电流控制着来自太空的能量如何在地球高层大气中沉降和分配，当电流扩散开来时，会加热局部大气、激发强风，并产生湍流，对在该高度飞行或经过的卫星造成潜在影响。近年来，科研界已通过地面光学观测和轨道卫星展开多角度联合研究，其中NASA于2025年3月发射的EZIE卫星任务正从太空监测极光电流，与此次火箭“穿越式”原位测量形成互补。

在此次发射窗口内，NASA同步实施了“黑暗与弥散极光科学测量者”任务，重点针对极光中被称为“黑极光”（black auroras）的暗斑区域进行探测。现有理论认为，这些异常“变暗”的区域可能标志着电流在局部出现急剧反向，从而在整体电路中扮演关键角色。该任务曾在2025年因天气和科学条件不理想而推迟，此番成功飞行意味着科研团队终于握到研究这一区域的首批系统数据。

研究人员表示，极光是空间等离子体、地球磁场和大气相互作用的结果，其中涉及电流、带电粒子和无数次微观碰撞，是理解地球空间环境的重要“窗口”。与长期在地表“仰望”极光不同，探空火箭为科学家提供了难得的机会，能够在极光最活跃的时刻直接穿越其中，将仪器送入关键区域执行“短平快”的精确任务。通过这类高时空分辨率的观测，科研人员正在把转瞬即逝的天幕光影，转化为揭示空间天气如何塑造我们星球的深层知识。