驱动北极光的高能电子具有丰富且非常动态的结构，但我们目前尚未完全了解。我们对这些电子的了解大部分来自于仪器，这些仪器在以高时间分辨率采样多种能量的能力方面存在根本限制。

在多个方向进行超快电子测量以揭示极光的秘密

为了克服这些限制，美国宇航局正在使用一种创新方法来开发仪器，将我们的测量能力提高一个数量级以上，从而揭示有关极光中发生的惊人物理现象的大量新信息。

典型的电子仪器依赖于一种称为静电偏转的技术，该技术需要改变电压来选择不同的电子能量进行测量。这些仪器已经执行了许多不同的太空任务，并提供了几乎所有在极光内部进行的原位电子测量。

它们在以秒甚至低至十分之一秒的时间尺度进行观察时效果很好，但由于扫描电压所需的时间，它们从根本上无法观察到更小的(毫秒)时间尺度。

对极光的地面光学观测表明，极光可能存在快速的空间和时间变化，超出了传统电子仪器的观测能力。因此，美国宇航局戈达德太空飞行中心地球物理实验室的成员开发了一种名为急性沉淀电子能谱仪(APES)的仪器，可以以一毫秒的节奏测量极光内的电子沉淀。

APES利用仪器内部的强磁场将不同能量的电子分离到探测器的不同空间区域。这种方法允许仪器以非常高的速率(每1毫秒)同时测量整个电子能谱。

在APES的设计中，必须做出一项重大权衡。为了使磁场几何结构正常工作，仪器只能在一个方向进行观察。如果目标只是测量极光中最终撞击大气层的沉淀(下行)电子，那么这个概念就很有效。然而，我们知道极光中的电子也会向其他方向移动。事实上，这些电子包含大量有关太空中发生的其他物理过程的信息。

为了能够在多个方向上测量电子，戈达德团队开发了APES-360仪器概念。为了创建APES-360设计，该团队采用了与APES相同的操作原理，但对其进行了更新以适应多视方向几何形状，该几何形状覆盖使用16个不同扇区的360度视野。

该团队必须克服多项技术挑战才能开发APES-360概念。特别是，电子设计必须在较小的区域内容纳更多的阳极(电荷检测表面)和相关电路。

目前正在建造的APES-360原型机将在戈达德进行测试和校准，并将于2025年冬季乘坐探空火箭飞入活跃的极光。这次飞行将提供来自极光内部的真实数据，这些数据将用于验证仪器性能并为未来的设计改进提供信息。

APES-360仪器的设计适合立方体卫星的外形尺寸，以便可用于未来研究极光的立方体卫星任务。该仪器最终也可以执行更大的轨道任务。