In una gelida mattina di inizio dicembre, un team di scienziati missilistici della NASA si stringerà nella sala di controllo di Ny-Ålesund, Svalbard, un remoto arcipelago al largo della costa settentrionale della Norvegia. Qui alla gamma di razzi più settentrionale del mondo, gestito dal centro spaziale norvegese Andøya, l'orologio può leggere le 8 del mattino, ma il sole non sorgerà, a quell'ora, non avrà sbirciato oltre l'orizzonte in più di un mese.

Per un mese, Ny-Ålesund ospiterà la squadra missilistica dietro la missione VISIONS-2 della NASA, abbreviazione di Visualizing Ion Outflow tramite Neutral Atom Sensing-2. Si sono avventurati in questo luogo estremo per uno sguardo ravvicinato alla fuga atmosferica, il processo per cui la Terra sta lentamente perdendo la sua atmosfera nello spazio. Comprendere la fuga atmosferica sulla Terra ha applicazioni in tutto l'Universo, dalla previsione di quali pianeti lontani potrebbero essere abitabili, per ricostruire come Marte divenne il desolato, paesaggio esposto è oggi. VISIONS-2 dovrebbe essere lanciato non prima del 4 dicembre, 2018.

Guidato da Doug Rowland del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, VISIONS-2 è una missione missilistica sonora, un tipo di razzo suborbitale che fa brevi, voli mirati nello spazio prima di ricadere sulla Terra pochi minuti dopo. I razzi sonda sono unici tra i veicoli spaziali scientifici per la loro destrezza superiore:possono essere trasportati in luoghi remoti, dove sono puntati e sparati in eventi di breve durata, come l'improvvisa formazione dell'aurora boreale, in un attimo.

L'aurora boreale è di grande interesse per il team VISIONS-2, ma non solo per il suo bagliore ultraterreno. I giochi di aurora sono driver fondamentali nel processo di fuga atmosferica, per cui i pianeti, compresa la Terra, perdono gradualmente la loro atmosfera nello spazio.

"La Terra sta perdendo peso, " ha detto Thomas Moore, un fisico spaziale Goddard specializzato in fuga atmosferica. "Ci sono state abbastanza osservazioni per sapere che ogni giorno vanno nello spazio da un centinaio a diverse centinaia di tonnellate di atmosfera".

(Non preoccuparti, a quel ritmo, Stime di Moore, La Terra manterrà la sua atmosfera per circa un miliardo di anni.)

Sospettavamo che la Terra stesse perdendo atmosfera almeno dal 1904, quando Sir James Jeans pubblicò per la prima volta il suo lavoro The Dynamical Theory of Gases, gettare le basi teoriche per la fuga atmosferica. Ma c'è un elemento che si sta allontanando e che presenta ancora un mistero. Gli scienziati pensavano da tempo che l'ossigeno, pesando 16 volte la massa dell'idrogeno, era troppo pesante per sfuggire alla gravità terrestre.

"Per sfuggire alla Terra, l'ossigeno richiederebbe qualcosa come 100 volte l'energia che ha in genere, " ha detto Rowland, investigatore principale della missione. "Solo la più piccola frazione dovrebbe mai farcela." Ma quando alla fine gli scienziati sono andati a cercare negli anni '60 e '70, non è quello che hanno trovato. Infatti, lo spazio vicino alla Terra pullula di molto più ossigeno terrestre di quanto chiunque si aspettasse.

"Ma come è arrivato lassù? Hai bisogno di processi che diano energia a quell'ossigeno abbastanza da fuggire, " ha detto Rowland.

L'aurora, si scopre, è uno di questi processi. Le aurore si formano quando gli elettroni energetici, accelerato nei campi elettrico e magnetico nello spazio vicino alla Terra, schiantarsi contro ed eccitare i gas atmosferici, che emettono tinte accese di rosso, verde, e giallo mentre si rilassano tornando a uno stato di energia inferiore. Ma questi elettroni indisciplinati creano anche una cascata di scompiglio nel processo, compresa la guida di correnti elettriche che riscaldano l'atmosfera superiore in chiazze chiazzate. In alcuni casi, che il riscaldamento è sufficiente per dare agli atomi di ossigeno vaganti energia sufficiente per fuggire. "È come mettere un elemento riscaldante nella tua zuppa, alla fine, inizierà a bollire, " ha detto Rowland.

VISIONI-1, il precursore dell'attuale missione, lanciato dal Poker Flat Research Range in Alaska nel 2013, dove hanno studiato il deflusso di ossigeno dall'aurora che si forma sul lato notturno della Terra, la parte del pianeta che è temporaneamente puntata lontano dal Sole. Per la missione VISIONS-2, la squadra viaggerà in una parte unica del globo dove si può trovare l'aurora diurna.

Una volta al giorno, Le Svalbard passano sotto una caratteristica insolita della magnetosfera terrestre nota come cuspide polare. Le cuspidi polari si formano sia al polo nord che al polo sud sul lato del pianeta rivolto verso il Sole, e sono gli unici luoghi in cui le particelle del vento solare possono fluire direttamente nella nostra atmosfera. Le cuspidi sono come ponti magnetici tra la Terra e lo spazio, dove gli elettroni energetici del Sole si schiantano contro le particelle atmosferiche e creano un'aurora diurna.

VISIONS-2 farà volare due razzi nella cuspide polare settentrionale, dove utilizzerà una tecnica di imaging per mappare il deflusso di ossigeno dall'aurora. Utilizzando questa tecnica, VISIONS-2 ha un approccio diverso da molte altre missioni, che tentano di combinare i dati di molti eventi di deflusso. Anziché, VISIONS-2 spera di acquisire una grande quantità di dati su un singolo evento di deflusso di ossigeno. Non tutti gli eventi di deflusso sono uguali, ma comprenderne uno in grande dettaglio fornirebbe un valore scientifico significativo.

"È come se stessi cercando di studiare i tornado, potresti semplicemente misurare i venti mentre vari tornado volano a diverse distanze da casa tua, " ha detto Rowland. "Avresti un'immagine di come appare un tornado 'medio'. Quello che vogliamo fare invece è osservare in modo completo un tornado, per capire come funziona in dettaglio."

VISIONS-2 consiste nel verificare se e come il processo per il riscaldamento e l'energia dell'ossigeno nell'aurora diurna, all'interno della cuspide polare, è lo stesso di quelli scoperti sul lato notturno. È lontano da una conclusione scontata, poiché il lato diurno e il lato notturno mostrano alcune marcate differenze.

"Il deflusso di ioni nella cuspide è più stabile e ha un'energia inferiore, mentre quello nel lato notturno è più esplosivo e può essere più energetico, " ha spiegato Rowland. "Inoltre, l'ambiente è diverso tra la cuspide e il lato notturno, quindi stiamo cercando punti in comune e differenze."

VISIONS-2 non sarà l'unico razzo lanciato da questa località remota:è il primo di nove razzi sonda lanciati nei prossimi 14 mesi come parte della Grand Challenge Initiative—Cusp. Attingendo ricercatori dagli Stati Uniti, Canada, Norvegia, Regno Unito e Giappone, the Grand Challenge è una collaborazione internazionale per esplorare la cuspide polare settentrionale, speriamo di decifrare il codice di questo insolito portale tra la Terra e lo spazio.

VISIONS-2 sarà lanciato da Ny-Ålesund, Gamma di razzi Svalbard nel dicembre 2018. La finestra di lancio si estende dal 4 al 18 dicembre.