近期的一项2021年研究发现，由阿拉斯加费尔班克斯大学的科学家领导，开始澄清光芒闪烁的壮观极光背后的复杂粒子级机制。
动力学尺度能量和动量传输实验，或称KiNET-X，于2021年5月16日从美国宇航局的华洛普斯飞行设施发射，标志着为期九天的发射期的最后几分钟结束。
阿拉斯加费尔班克斯大学的彼得·德拉梅尔教授于11月19日在《等离子物理学》上发表了对实验结果的分析。
“令人惊叹的极光是高度复杂的现象，”德拉梅尔指出。“在极光和地球周围的空间环境中同时发生了许多过程，这些过程共同影响了我们所看到的结果。”
“揭示这个系统中的因果关系非常具有挑战性，因为我们无法精确定位导致我们在极光中观察到光显示的事件，”他解释道。“KiNET-X已被证明是一个极为丰硕的实验，将有助于揭示更多有关极光的秘密。”
美国宇航局最大的声音火箭之一在大西洋上升至电离层，并释放了两个装满铋热气的罐子。这些罐子被引爆——一个在地球上方约249英里处，另一个在90秒后下降中于靠近百慕大的186英里处引爆。生成的云层从百慕大地面和一架NASA研究飞机观察到了。
实验的目标是小规模模拟一种环境，在这种环境中，太阳风的低能量转变为产生快速移动和闪烁显示的高能量，这种显示被称为离散极光。通过KiNET-X，德拉梅尔和他的研究伙伴在理解电子加速过程上取得了进展。
“我们成功地生成了能量化的电子，”德拉梅尔指出。“虽然我们没有产生足够的电子来形成极光，但与电子能量化相关的基础物理在实验中确实存在。”
实验的主要目标是生成阿尔芬波，这是一种发生在磁化等离子体中的特定类型波动，例如在太阳的外层、地球的磁层和太阳系的其他区域发现的等离子体。主要由带电粒子组成的等离子体也可以在实验室环境中产生，例如在KiNET-X中。
阿尔芬波在等离子体中的扰动影响磁场时产生。这种等离子体扰动可以来自各种来源，包括来自太阳耀斑的粒子突然注入或密度不同的两个等离子体之间的相互作用。
KiNET-X通过向上层大气中引入铋，成功地产生了阿尔芬波，扰动了周围的等离子体。
阳光随后将铋转变为带电离子化等离子体。这两个等离子体云之间的相互作用导致了阿尔芬波的形成。
这个阿尔芬波生成了与地球磁场线对齐的电场线。正如理论所预测的，这个电场显著增强了沿磁场线的电子加速。
“这表明铋等离子体云与周围等离子体相互作用，短暂地转移了能量和动量，”德拉梅尔解释道。
这种转移表现为一束加速的铋电子朝向地球沿着磁场线移动，仅在实验的磁场线数据中可见。
“这类似于极光电子束，”德拉梅尔评论道。
他称其为实验的“黄金数据点”。
分析这种束流，在德拉梅尔的图像中可见各种绿色、蓝色和黄色像素，可以帮助科学家理解导致迷人北极光的过程。
迄今为止的发现表明这是一个成功的项目，能够在与早期实验结合考虑时提供更多见解。
“这是拼凑出完整图景的问题，利用所有可用的数据和数值模拟，”德拉梅尔说道。
三名来自阿拉斯加费尔班克斯大学地球物理研究所的博士生也参与了该项目。马修·布兰丁在华洛普斯飞行设施协助进行光学操作，凯莉·布兰宁在维吉尼亚州的兰利研究中心的NASA盖尔斯特林III飞机上操作摄像机，内森·巴恩斯在费尔班克斯的计算建模方面做出贡献。
该实验还涉及来自达特茅斯学院、纽汉普郡大学和克莱姆森大学的研究人员和设备。
