Vanaf de grond, de dans van het noorderlicht, of aurora borealis, rustig kan kijken. Maar die glinsterende vellen gekleurde lichten zijn het product van gewelddadige botsingen tussen de atmosfeer van de aarde en deeltjes van de zon.

De prachtige lichten zijn slechts het zichtbare product van deze botsingen - de kinetische en thermische energie die vrijkomt, onzichtbaar voor het blote oog, zijn niet minder belangrijk. Het begrijpen van de bijdrage die aurora levert aan de totale hoeveelheid energie die het geo-ruimtesysteem van de aarde binnenkomt en verlaat - ook wel poollichtforcering genoemd - is een van de belangrijkste doelen van het door de NASA gefinancierde Auroral Zone Upwelling Rocket Experiment, of AZUUR. Hoe meer we leren over aurora's, hoe meer we begrijpen over de fundamentele processen die de ruimte nabij de aarde aandrijven - een regio die steeds meer deel uitmaakt van het menselijke domein, niet alleen ruimte voor astronauten, maar ook voor communicatie en GPS-signalen die ons dagelijks op de grond kunnen beïnvloeden.

AZURE is de eerste van acht klinkende raketmissies die in de komende twee jaar worden gelanceerd als onderdeel van een internationale samenwerking van wetenschappers die bekend staat als The Grand Challenge Initiative - Cusp. Deze missies worden gelanceerd vanaf de Andøya- en Svalbard-raketten in Noorwegen om de processen te bestuderen die plaatsvinden in de polaire cusp van de aarde - waar de magnetische veldlijnen van de planeet naar de atmosfeer buigen en deeltjes uit de ruimte laten vermengen met die van aardse oorsprong - en in de buurt poollicht ovaal, waar AZURE zich op zal richten.

AZURE gaat de stroom van deeltjes in de ionosfeer bestuderen, de elektrisch geladen laag van de atmosfeer die fungeert als de interface van de aarde naar de ruimte, specifiek gericht op de E- en F-regio's. De E-regio - zo genoemd door vroege radiopioniers die ontdekten dat de regio elektrisch geladen was, en zou dus radiogolven kunnen reflecteren - ligt tussen 56 en 93 mijl boven het aardoppervlak. De F-regio ligt er net boven, tussen 93 en 310 mijl hoogte.

De E- en F-regio's bevatten vrije elektronen die uit hun atomen zijn uitgestoten door de stimulerende invoer van de zonnestralen, een proces dat foto-ionisatie wordt genoemd. Na het vallen van de avond, zonder de stimulerende input van de zon om ze gescheiden te houden, elektronen recombineren met de positief geladen ionen die ze achterlieten, het verlagen van de totale elektronendichtheid van de regio's. De dagelijkse cyclus van ionisatie en recombinatie maakt de E- en F-regio's bijzonder turbulent en complex.

AZURE zal zich specifiek richten op het meten van de verticale wind in deze regio's, die een tumultueuze deeltjessoep creëren die de energie herverdeelt, momentum en chemische bestanddelen van de atmosfeer.

Bestaande windmetingen van op de grond gebaseerde instrumenten tonen bewijs van significante structuur op schalen tussen 6 mijl en 60 mijl breed in zowel de geladen deeltjesafwijkingen als de neutrale winden. Maar tot nu toe, de in-situ wetenschappelijke metingen van winden zijn beperkt gebleven tot een klein aantal hoogten - en die metingen passen nu al niet bij wat we zouden hebben voorspeld.

Om de krachten die in het spel zijn beter te begrijpen, begin maart zal het AZURE-team twee sondeerraketten bijna gelijktijdig lanceren vanuit het Andøya Space Center in Noorwegen. Wachten om te lanceren tot de omstandigheden precies goed zijn, de raketten zullen de ruimte in vliegen, het meten van de atmosferische dichtheid en temperatuur met instrumenten op de raketten en het inzetten van zichtbare tracers, trimethylaluminium (TMA) en een barium/strontiummengsel, die ioniseert bij blootstelling aan zonlicht.

Deze mengsels creëren kleurrijke wolken waarmee onderzoekers de stroom van neutrale en geladen deeltjes kunnen volgen, respectievelijk. De tracers zullen worden vrijgegeven op een hoogte van 71 tot 255 mijl en vormen geen gevaar voor de bewoners in de regio.

Door de beweging van deze kleurrijke wolken te volgen via fotografie op de grond en hun positie van moment tot moment in drie dimensies te trianguleren, AZURE zal waardevolle gegevens leveren over de verticale en horizontale stroom van deeltjes in twee belangrijke regio's van de ionosfeer op verschillende hoogten.

Dergelijke metingen zijn van cruciaal belang als we de effecten van de mysterieuze maar mooie aurora echt willen begrijpen. De resultaten zullen de sleutel zijn tot een beter begrip van de effecten van poollichtforcering op de atmosfeer, inclusief hoe en waar de poollichtenergie wordt afgezet.