Från marken, norrskenets dans, eller norrsken, kan se lugnt ut. Men dessa skimrande ark av färgade ljus är produkten av våldsamma kollisioner mellan jordens atmosfär och partiklar från solen.

De vackra ljusen är bara den synliga produkten av dessa kollisioner - den kinetiska och termiska energin som frigörs, osynlig för blotta ögat, är inte mindre viktiga. Att förstå bidraget som norrsken ger till den totala mängden energi som kommer in i och lämnar jordens georymdsystem – kallat norrskenskraft – är ett av huvudmålen för det NASA-finansierade Auroral Zone Upwelling Rocket Experiment, eller AZURE. Ju mer vi lär oss om auroror, ju mer vi förstår om de grundläggande processerna som driver rymden nära jorden-en region som alltmer är en del av den mänskliga domänen, hem inte bara för astronauter utan även kommunikationer och GPS-signaler som kan påverka oss på marken dagligen.

AZURE är den första av åtta ljudande raketuppdrag som skjuts upp under de kommande två åren som en del av ett internationellt samarbete mellan forskare som kallas The Grand Challenge Initiative - Cusp. Dessa uppdrag kommer att skjutas upp från raketräckvidden Andøya och Svalbard i Norge för att studera de processer som sker inuti jordens polära spets – där planetens magnetfältslinjer böjer sig ner i atmosfären och tillåter partiklar från rymden att blandas med partiklar av jordiskt ursprung – och i närheten. auroral oval, som AZURE kommer att fokusera på.

AZURE kommer att studera flödet av partiklar i jonosfären, det elektriskt laddade lagret av atmosfären som fungerar som jordens gränssnitt mot rymden, fokuserar specifikt på E- och F-regionerna. E-regionen - så kallad av tidiga radiopionjärer som upptäckte att regionen var elektriskt laddad, och så kunde reflektera radiovågor - ligger mellan 56 och 93 miles över jordens yta. F-regionen ligger precis ovanför den, mellan 93 till 310 miles höjd.

E- och F-regionerna innehåller fria elektroner som har stötts ut från sina atomer genom den energigivande ingången av solens strålar, en process som kallas fotojonisering. Efter nattens fall, utan solens energigivande ingång för att hålla dem åtskilda, elektroner rekombinerar med de positivt laddade joner de lämnade efter sig, sänker regionernas totala elektrontäthet. Den dagliga cykeln för jonisering och rekombination gör E- och F -regionerna särskilt turbulenta och komplexa.

AZURE kommer att fokusera specifikt på att mäta de vertikala vindarna i dessa regioner, som skapar en tumultartad partikelsoppa som omfördelar energin, momentum och kemiska beståndsdelar i atmosfären.

Befintliga vindmätningar från markbaserade instrument visar tecken på betydande struktur på skalor mellan 6 miles och 60 miles breda i både de laddade partikeldrivorna och de neutrala vindarna. Men hittills, de in-situ vetenskapliga mätningarna av vindar har begränsats till en liten uppsättning höjder – och redan dessa mätningar stämmer inte överens med vad vi skulle ha förutspått.

För att bättre förstå krafterna som spelar, i början av mars kommer AZURE-teamet att skjuta upp två sondraketer nästan samtidigt från Andøya Space Center i Norge. Väntar med att lansera tills förhållandena är precis rätt, raketerna kommer att flyga upp i rymden, göra mätningar av atmosfärens densitet och temperatur med instrument på raketerna och använda synliga spårämnen, trimetylaluminium (TMA) och en barium/strontiumblandning, som joniseras vid solljus.

Dessa blandningar skapar färgglada moln som gör att forskare kan spåra flödet av neutrala och laddade partiklar, respektive. Spårarna kommer att släppas på höjder 71 till 155 mil höga och utgör ingen fara för invånarna i regionen.

Genom att spåra rörelsen för dessa färgglada moln via markbaserad fotografering och triangulera deras moment-för-ögonblick-position i tre dimensioner, AZURE kommer att tillhandahålla värdefull information om det vertikala och horisontella flödet av partiklar i två nyckelregioner av jonosfären över en rad olika höjder.

Sådana mätningar är kritiska om vi verkligen ska förstå effekterna av det mystiska men ändå vackra norrskenet. Resultaten kommer att vara nyckeln till en bättre förståelse av effekterna av norrskenskraft på atmosfären, inklusive hur och var norrskensenergin deponeras.