In Regionen nahe der Polarkreise kann man in klaren Nächten Polarlichter mit hoher Dynamik beobachten, die sich in Richtung Äquator bewegen und sich innerhalb von wenigen Minuten in viele Farben aufteilen. Ein solches Ereignis kann der Beginn eines magnetischen Teilsturms sein, bei dem energiereiche Teilchen aus der Magnetosphäre entlang der Magnetfeldlinien beschleunigt werden und auf die Hochatmosphäre treffen. Teilstürme machen sich in Magnetfeldmessungen als sehr rasche Änderungen des Feldes bemerkbar.
Die wissenschaftliche Nutzlast der THEMIS Satelliten besteht aus einem Fluxgate-Magnetometer (FGM), aus Instrumenten zur Detektion niederenergetischer Teilchen (Electrostatic Analyser, ESA) sowie hochenergetischer Teilchen (Solid State Telescope, SST), einem Search Coil Magnetometer (SCM) und einem Instrument zur Messung des elektrischen Feldes (EFI). Eines der Hauptexperimente, das Fluxgate-Magnetometer, wurde am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig entwickelt. Die Magnetometer-Kalibrierung wurde in Kooperation mit dem Institut für Weltraumforschung in Graz durchgeführt.
Um die plasmaphysikalischen Prozesse, die zu einem Teilsturm führen, besser verstehen zu lernen, und um die räumliche Ausbreitung eines Teilsturmes zu erforschen, wurde im März 2003 die THEMIS Mission (Time History of Events and Macroscopic Interactions during Substorms) als künftige Medium Class Explorer (MIDEX) Mission der NASA unter 42 Mitbewerbern ausgewählt. Mit Hilfe von 5 auf hochelliptischen Bahnen platzierten Satelliten sowie Bodenstationen im Norden der USA und in Kanada soll die zeitliche Abfolge der Ereignisse während eines magnetischen Teilsturmes erforscht werden. Weitere wissenschaftliche Ziele sind die Erforschung der Teilchenpopulationen in den Strahlungsgürteln und der Wechselwirkungen des Sonnenwindes unmittelbar mit dem Magnetfeld sowie mittelbar mit der Ionosphäre der Erde.
Das Forschungsvorhaben wird durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) (Förderkennzeichen 50 OC 0302) gefördert.
Die fünf THEMIS-Satelliten wurden am 17. Februar 2007 vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida (USA) aus gestartet. Der Start verlief reibungslos, ebenso die Abtrennung der Satelliten von der Trägerrakete. In den ersten Monaten nach dem Start flogen alle fünf Satelliten in einer Reihe auf einem gemeinsamen Orbit. Diese erste Orbit-Konfiguration hat sich als bemerkenswert förderlich bei der Erforschung von Wellenphänomenen in der tagseitigen Magnetosphäre und an deren Grenze, der Magnetopause, herausgestellt. Im September 2007 fand dann der Einschuß in die Orbits der Missions-Hauptphase statt. In der dann eingenommenen Flugkonfiguration befinden sich die Satelliten nach jeweils vier Tagen an den jeweiligen Apogäen auf einer gemeinsamen Linie mit den THEMIS Bodenstationen auf der Erde. Diese Konfiguration ist optimal auf das primäre Missionsziel, die Erforschung der zeitlichen und räumlichen Entwicklung von Teilstürmen, abgestimmt. Außerdem ist geplant, zum Ende der Mission zwei der fünf Satelliten in eine stabile Umlaufbahn um den Mond zu schicken, um insbesondere die Wechselwirkung des Mondes mit dem Sonnenwind und der Erdmagnetosphäre zu untersuchen.
