En svit av vetenskapliga ballonger är på väg att lyfta från NASA:s Columbia Scientific Balloon Facility's fältplats i Fort Sumner, New Mexico, bära instrument som hjälper forskare att förstå sambandet mellan solen och jorden.

Solen fräser i mitten av vårt solsystem 93 miljoner miles bort, men dess inflytande slutar inte där. Det andas ut solvinden, en kontinuerlig ström av laddade partiklar som susar förbi jorden och fortsätter i mer än 4 miljarder miles. Plötsliga utbrott i solvinden kan utlösa vackra norrsken på jorden, men kan också störa radio- och GPS-signaler, hota våra satelliter, och utgöra en risk för elnät på ytan.

Bland de sex ballongflygningar som ska lyfta mellan nu och mitten av juni, fyra experiment kommer att studera olika aspekter av solens inflytande. De kommer att fokusera på himmelsträckan 100-50 kilometer ovanför ytan, där jordens övre atmosfär och rymden möts. Förutom att skapa ny vetenskap, ballongexperiment som dessa erbjuder ett billigt sätt att testa nya instrumenttekniker och ger värdefulla möjligheter för forskare i tidiga karriärer att få praktisk erfarenhet.

ASHI:All-Sky Heliospheric Imager

All-Sky Heliospheric Imager, eller ASHI, är en piggyback nyttolast som kommer att flyga tillsammans med Columbia Scientific Balloon Flight (CSBF) Test Flight II tidigast den 5 maj, 2021. ASHI:s flygning kommer att testa instrumentets förmåga att minska ströljus och observera solvinden härifrån jorden. Ungefär lika stor som ett bilhjul och väger cirka 33 pund (15 kg), ASHI kommer att sitta ovanpå ballongen och kikar uppåt för att försöka se en fullständig bild av en halvklot av himlen. ASHI har en fisheye-lins och detektor inkapslad under en korral som kraftigt reducerar ströljus för att fånga dess vidvinkelvy.

Denna ballongtestflygning är en förberedelse för en potentiell framtida flygning ombord på en geostationär satellit. Teamet utvärderar ASHI:s förmåga att minska ströljus från solen, Måne, och jorden, och dess potential att kvantitativt se och mäta solvinden när den passerar jorden. ASHI leds av Bernard Jackson, en rymdforskare vid University of California, San Diego.

BALBOA:BALLongbaserade observationer för solbelyst Aurora

BALBOA, förkortning för BALLongbaserade observationer för solbelyst Aurora, kommer att testa en infraröd kamera med bred vy designad för att studera norrsken på dagtid. Eftersom norrsken håller sig mest till jordens nord- och sydpoler, BALBOA kommer att avbilda luftglöd, den naturliga glöden från hela jordens atmosfär, på denna testflygning.

Forskare studerar norrsken för att bättre förstå hur vår planet reagerar på inkommande energi och partiklar från solen. Norrsken har mestadels studerats på natten, men de förekommer under dagen också - solljus gör det bara omöjligt att se dem. Särskilt, solbelysta norrsken intresserar rymdforskare eftersom de förekommer på den sida av jorden som är vänd mot solen:där växelverkan mellan jorden och solen startar.

BALBOA kommer att flyga som piggyback nyttolast på CSBF Test Flight I tidigast den 29 april, tillsammans med BOOMS (se nedan). Uppdraget leds av Xiaoyan Zhou, en rymdforskare vid University of California, Los Angeles.

BBC:Ballongburen Chirpsounder

BBC, förkortning för Balloon-borne Chirpsounder, kommer att demonstrera ny teknik för att studera jonosfären. Jonosfären är den del av den övre atmosfären som laddas elektriskt av solen. Detta hav av laddade partiklar genomgår ständiga förändringar, krymper och sväller som svar på både jordens väder underifrån och solens aktivitet ovanifrån.

BBC kommer att flyga cirka 25 miles över ytan, där den kommer att skicka radiosignaler upp i jonosfären. BBC kommer att mäta hur radiosignalerna plingar av och genom jonosfären innan de studsar tillbaka till dess detektorer. På ett sätt som efterliknar ekolokalisering, BBC:s mätningar kan användas för att bestämma densiteten och höjden av denna del av atmosfären, där förändringar kan störa våra kommunikationssystem, som radio och GPS. Teknik som testades under denna ballongfärd skulle kunna anpassas för framtida rymdfärd.

BBC kommer att flyga på en handsuppskjuten ballong tidigast den 29 april. BBC-uppdraget leds av Alex Chartier, en jonosfärforskare vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland.

BOMMAR:Ballongobservation av mikroburstskalor

BUMMAR, eller ballongobservation av mikroburstskalor, är utformad för att observera mikroskurar, blixtar av röntgenljus som sporadiskt uppträder i den polära atmosfären. Mikroburst uppstår när högenergielektroner som omger jorden störtar in i vår atmosfär och kolliderar med atmosfäriska gaser, släpper ut ljusskurar i röntgenvåglängder. Dessa röntgenstrålar absorberas snabbt av atmosfären, så de kan inte mätas från marken. Således, ett ballongburet instrument är nödvändigt för att observera dem.

Mikroskurar inträffar under korta varaktigheter – cirka 100 millisekunder – över små områden, från några mil till tiotals mil på de polära breddgraderna där norrsken bildas. Forskare har känt till dem i mer än 60 år, men har aldrig fångat de högupplösta bilder som behövs för att förstå vad som orsakar dem. ballonger, som färdas tillräckligt långsamt för att se norrsken komma och gå på samma plats, är idealiska för att lokalisera när och var de inträffar.

Flygningen från Fort Sumner kommer inte att observera mikroburst, som förekommer på högre breddgrader; teamet testar instrumentet för en framtida lansering från Sverige. BOOMS kommer att flyga som en piggyback nyttolast på CSBF Test Flight I tidigast den 29 april, tillsammans med BALBOA. BOOMS-uppdraget leds av John Sample, en rymdforskare vid Montana State University i Bozeman.