Eine neue Forschungsraketenmission der NASA wird bald den Himmel Alaskas erobern. Die LAMP-Mission, kurz für „Loss through Auroral Microburst Pulsations“, wird über eine oft übersehene Art von Nordlicht fliegen, um eine Theorie darüber zu testen, was sie verursacht. Das Startfenster in der Poker Flat Research Range in Fairbanks, Alaska, öffnet am 24. Februar 2022.
Die Aurora Borealis, oder Nordlichter, ist ein vertrauter Leckerbissen für diejenigen, die die nördlichen Breiten ihr Zuhause nennen. Polarlichter gibt es in verschiedenen Formen und Farben und wedeln mit ihren leuchtend grünen, roten und violetten Bändern über den Himmel. Aber eine Sorte von Polarlichtern zeigt ein besonderes Verhalten: Sie pulsiert.
„Es ist irgendwie hypnotisch und pulsiert alle paar Sekunden“, sagte Dr. Alexa Halford, Weltraumwissenschaftlerin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Hauptforscherin der Mission. „Die Kleckse und Farben erinnern mich an eine Lavalampe, bei der man stundenlang nur dasitzen und sie anstarren kann.“
Wie alle Polarlichter werden auch pulsierende Polarlichter von Elektronen (und gelegentlich Protonen) aus dem erdnahen Weltraum entzündet. Diese Elektronen tauchen in unsere Atmosphäre ein und kollidieren mit Atomen und Molekülen, wodurch sie in ihren charakteristischen Farben leuchten – rot und grün bei Sauerstoff, blau bei Stickstoff – wenn sie ihre überschüssige Energie freisetzen.
Aber was bringt diese Elektronen überhaupt in Bewegung? Für pulsierende Polarlichter deutet die gängige Theorie auf Chorwellen hin, die so genannt werden, weil sie erstmals im Ersten Weltkrieg als Audiosignale in Funkempfängern erkannt wurden.
Aber Chorwellen sind keine Schallwellen – stattdessen bewegen sie sich durch Plasma, das elektrifizierte Gas, das über 99 % der beobachtbaren Materie im Weltraum ausmacht. Sie kräuseln sich durch die Partikel, die in der magnetischen Umgebung der Erde eingeschlossen sind, und schütteln einige davon los, um in unsere Atmosphäre zu fallen.
„Chorwellen treten mit genau der richtigen Frequenz auf, um mit den Elektronen zu ‚resonieren‘, die pulsierende Polarlichter erzeugen, ähnlich wie Sie Ihre Füße genau zum richtigen Zeitpunkt aufpumpen, um einen Schwung zu bekommen, der immer höher und höher geht“, sagte Dr. Allison Jaynes. Weltraumphysiker an der University of Iowa in Iowa City und Co-Ermittler für die Mission. Schließlich „springen“ einige dieser Elektronen von der Schaukel – und schießen in unsere Atmosphäre.
Chorwellen können sowohl nieder- als auch hochenergetische Elektronen auslösen, was einige rätselhafte Zufälle erklären könnte. Pulsierende Polarlichter werden durch ziemlich energiearme Elektronen verursacht, aber sie werden oft zusammen mit Röntgenlichtblitzen beobachtet, die als Mikrobursts bekannt sind und von Elektronen mit höherer Energie stammen.
„Pulsierende Polarlichter und Microbursts scheinen zu ähnlichen Zeiten aufzutreten, obwohl es sich um unterschiedliche Energiebereiche handelt“, sagte Halford. „Die große Frage ist also, sind das die gleichen Ereignisse? Werden sie von den gleichen Prozessen in der Magnetosphäre angetrieben?“
Das will LAMP herausfinden.
Das LAMP-Instrument wird an Bord einer Höhenforschungsrakete fliegen, einer kleinen Rakete, die für einige Minuten gezielte Messungen in den Weltraum startet, bevor sie auf die Erde zurückfällt. Das Team beobachtet bodengestützte Kameras in der Poker Flat Research Range und an einem Downrange-Standort namens Venetie und wartet, bis Polarlichter zu pulsieren beginnen. Dann ist es Zeit.
Die Rakete fliegt über die pulsierende Aurora und misst die niederenergetischen Teilchen, die sie verursachen, sowie die mittel- und hochenergetischen Elektronen, die auch von einer Chorwelle stammen sollten. Am Boden wird ein Riometer ein unabhängiges Maß für hochenergetische Elektronen liefern, damit das Raketenteam seine Messungen bestätigen kann.
Das einzige, was sie nicht messen werden, ist die Chorwelle selbst, obwohl das Team auf einen zufälligen Vorbeiflug eines Satelliten hofft, der möglicherweise diese Beobachtungen liefern könnte.
„Wir haben alle außer einem Teil des Puzzles, das wir hoffen, gleichzeitig zu erfassen … aber jedes davon wird uns neue Informationen liefern und uns hoffentlich dabei helfen, diese Theorie zu testen, dass es die Chorwellen hinter allem sind“, sagte Halford.