Sul fianco nord color ruggine di uno dei più grandi vulcani della Terra, uno strumento delle dimensioni di uno zaino monitora la nostra atmosfera e, allo stesso tempo, aiuta a preparare il terreno per una possibile esplorazione umana di altri mondi.

Progettato e costruito presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, lo strumento tiene traccia dei livelli di metano e anidride carbonica, due gas cruciali per lo studio della chimica dell'atmosfera terrestre. Portatile e quasi autonomo, l'unità potrebbe rappresentare l'inizio di una rete globale a basso costo per fornire il monitoraggio atmosferico anche in luoghi difficili da raggiungere.

Recentemente, un team Goddard ha distribuito lo strumento per i test sul campo in alto a Mauna Loa, in una regione remota considerata un sito analogico per Marte. Là, lo strumento viene mantenuto dall'equipaggio che vive nell'habitat noto come HI-SEAS, abbreviazione di Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation, un progetto finanziato dalla NASA gestito dall'Università delle Hawaii a Manoa per aiutare a prepararsi alla possibilità di missioni di lunga durata sulla superficie di altri pianeti o lune.

"La partnership con HI-SEAS ci offre un'opportunità unica di testare le prestazioni del nostro strumento e, allo stesso tempo, per aiutare ad addestrare la squadra a mantenere e far funzionare l'attrezzatura in condizioni difficili simili a quelle che gli esploratori dovrebbero affrontare, " ha detto la scienziata di Goddard Emily Wilson, che ha sviluppato lo strumento.

Chiamato radiometro laser eterodina miniaturizzato, o mini-LHR, lo strumento misura la quantità totale di metano e anidride carbonica nella colonna atmosferica, che è essenzialmente una linea retta dal suolo alla parte superiore dell'atmosfera. Il sistema è passivo, raccogliendo solo la luce del sole, e niente lascia l'unità, nemmeno la luce diffusa. Lo strumento ha sensibilità a partire da 1 parte per milione per l'anidride carbonica e 10 parti per miliardo per il metano.

All'interno dell'unità, la luce del sole viene mischiata con un raggio laser in una tecnica simile al modo in cui funziona un ricevitore radio FM. Invece di un'antenna, lo strumento è dotato di telescopio. Per aumentare la sua sensibilità ai segnali deboli, il mini-LHR trasporta un minuscolo laser a infrarossi, come quelli usati nelle telecomunicazioni.

I gas atmosferici sono identificati dall'assorbimento della luce a particolari lunghezze d'onda dell'infrarosso; il modello per ogni gas è unico come un'impronta digitale. Proprio adesso, lo strumento monitora anidride carbonica e metano, ma potrebbe essere impostato per tracciare monossido di carbonio e vapore acqueo, anche.

Jacob Bleacher di Goddard, un geologo planetario che collabora con Wilson, immagina un momento in cui strumenti come questo potrebbero essere schierati sulla superficie di un altro mondo.

"Prevediamo la necessità di pacchetti di strumenti progettati per il monitoraggio ambientale presso e intorno ai siti di atterraggio umani su Marte o su altre superfici planetarie, " ha detto Bleacher. "Per preservare la nostra capacità di condurre ricerche in quei luoghi, dovremo stabilire com'era l'ambiente prima dell'arrivo umano e monitorarlo per tutto il tempo in cui gli umani sono presenti".

Wilson ha collaborato con Bleacher per sviluppare un protocollo per addestrare l'equipaggio HI-SEAS a utilizzare il mini-LHR. Bleacher condurrà anche studi di follow-up per valutare l'efficacia della formazione HI-SEAS.

La parte impegnativa dell'addestramento è stata che il team di Wilson non ha potuto incontrare o parlare di persona con l'equipaggio HI-SEAS. Questo perché la missione dell'habitat di 8 mesi richiede che l'equipaggio viva il tipo di confinato, stile di vita irreggimentato che i futuri astronauti di Marte potrebbero sperimentare. Svolgono ricerche scientifiche e lavori sul campo geologico gestendo con attenzione il consumo di cibo, acqua ed energia. La squadra di sei persone mangia, dorme e lavora in una cupola che ha circa 1, 200 piedi quadrati di superficie, l'equivalente approssimativo di un appartamento con due camere da letto.

Il team conduce tutte le comunicazioni tramite e-mail, con messaggi ritardati di 20 minuti per simulare il tempo di viaggio tra la Terra e Marte, oppure tramite un collegamento video simile a quello utilizzato per la Stazione Spaziale Internazionale. Ogni volta che l'equipaggio esce dall'habitat, indossano tute intere, compresi caschi e guanti.

La decisione di non addestrare il team HI-SEAS a far funzionare il mini-LHR prima dell'inizio della missione è stata intenzionale.

"I soggiorni umani di lunga durata su Marte comporteranno probabilmente situazioni in cui l'equipaggio vorrebbe utilizzare l'hardware a loro disposizione in nuovi modi o per nuovi scopi, " ha detto Bryan Caldwell, il responsabile del progetto HI-SEAS. "Un ulteriore addestramento dovrebbe essere svolto a distanza in una situazione del genere".

Almeno una volta alla settimana ora, i membri del team si vestono e percorrono un quarto di miglio attraverso una distesa di lava solidificata disseminata di rocce per controllare lo strumento di Wilson e scaricare i dati su una memory stick. Per poterlo fare indossando guanti ingombranti, A.J. Di Gregorio, un membro della squadra di Wilson, dotato l'unità di touch screen e stilo, simili ai sign pad utilizzati nelle file di pagamento nei negozi.

Dopo l'EVA, o attività extraveicolare, è fatta, i membri della squadra tornano nell'habitat e caricano i dati da condividere con la squadra di Wilson. Finora, Wilson è soddisfatta dei dati che ha visto, e presto inizierà a confrontare le letture con altri set di dati, come le misurazioni dell'anidride carbonica che sono state effettuate a Mauna Loa dal 1958.

Intanto, Il team di Wilson continua a concentrarsi sulla miniaturizzazione dei componenti del mini-LHR. Il suo obiettivo è dispiegare una rete di strumenti, prima sulla Terra e poi, bene, anche il cielo non è il limite.