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Ein neu entwickeltes Instrument zeigt das Nordlicht der Erde in einem schillernden Regenbogen aus Farben.
Bilder der terrestrischen Aurora Borealis, auch Aurora Borealis oder Auroras Australia genannt, sind Legion. Diese schillernden Lichtbänder, die jeweils über der nördlichen und südlichen Hemisphäre unseres Planeten tanzen. Amateur- und Profiastronomen fotografieren dieses schillernde Phänomen fast jedes Mal, wenn es auftritt.
Aber hyperspektral Nordlichtbilder, nun ja, das ist ein ganz anderes Biest.
Das japanische Nationalinstitut für Fusionswissenschaften (NIFS) installierte die Ultra-Sensitive Hyperspectral Camera (HySCAI) am Standort der Kiruna Esrange Optical Platform (KEOPS) des schwedischen Raumfahrtzentrums in Kiruna, Schweden, und lieferte die allerersten hyperspektralen Bilder davon Aurora.
Ein hyperspektrales Bild ist ein zweidimensionales Bild, das nach Wellenlänge (oder Farbe) aufgeschlüsselt ist und es Forschern in diesem Fall ermöglicht, die Polarlichtemission mit außergewöhnlicher Präzision zu untersuchen. Insbesondere können sie die Energie der einfallenden Elektronen messen, die das Polarlicht verursachen und dafür sorgen, dass bestimmte Farben den Nachthimmel erhellen. Andere Formen der Polarlichtbildgebung werden nach Wellenlänge gefiltert, liefern jedoch keinen so vollständigen Überblick.
Mit HySCAI hoffen Forscher: „[solve] „Wichtige Polarlichtfragen wie die Verteilung der ausfallenden Elektronen, ihre Beziehung zur Polarlichtfarbe und der Mechanismus der Polarlichtemission“, so a Pressemitteilung.
Um HySCAI zu entwickeln, verwendeten NIFS-Forscher Technologien, die für das Large Helical Device (LHD) entwickelt wurden, das weltweit größte supraleitende Plasmagerät, das sich in ihrem Labor in Toki, Gifu, Japan, befindet. Während des Baus des LHD entwarf das Team verschiedene Bildgebungssysteme zur Beobachtung des von Plasma in einem Magnetfeld emittierten Lichts mit dem Ziel, den Energietransport sowie die atomare und molekulare Emission zu untersuchen.
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Die Nordlichter sind natürliche Lichtshows, die durch geladene Teilchen der Sonne ausgelöst werden, die im Sonnenwind enthalten sind und in großen Höhen auf das Erdmagnetfeld, die Magnetosphäre und die dünne Atmosphäre unseres Planeten treffen.
Diese Partikel kollidieren mit Sauerstoff- und Stickstoffpartikeln und regen diese an. Die Teilchen geben diese Energie dann als Licht oder elektromagnetische Strahlung ab, die je nach aussendendem Molekül in charakteristischen Wellenlängen leuchtet.
Das bedeutet, dass ein hyperspektrales Bild des Nordlichts ein detailliertes Bild der Zusammensetzung der Erdatmosphäre liefern kann.
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NIFS kam 2018 auf die Idee, diese Systeme für HySCAI anzupassen. Die vollständige Entwicklung des Bildgebungssystems dauerte weitere fünf Jahre und wurde im Mai 2023 bei KEOPS installiert. HySCAI wurde im September 2023 in Betrieb genommen und das Team veröffentlichte seine Forschungsergebnisse die Daten in der Zeitschrift Earth, Planets and Space.
Dank HySCAI können Wissenschaftler auf der ganzen Welt neue Erkenntnisse über das mysteriöse Nordlicht gewinnen.