La Terra è un pianeta che respira con le stagioni. Nei mesi invernali si accumulano gas atmosferici e inquinamento atmosferico, aspettando dormienti che la primavera e l'estate portino il sole e la vita vegetale, trasformazioni scatenanti che modificano la composizione dei gas nell'atmosfera. Una missione aerea della NASA effettuerà un'indagine mondiale su queste trasformazioni stagionali volando dal cuore dell'inverno nell'emisfero settentrionale, giù nella soleggiata estate dell'emisfero australe e ritorno.

Questo sarà il secondo rilevamento atmosferico effettuato dalla tomografia atmosferica, o missione Atom, che volò per la prima volta in luglio e agosto, 2016. Il team scientifico misurerà più di 200 gas e particelle sospese nell'aria a bordo del laboratorio volante DC-8 della NASA. In particolare, sono interessati agli inquinanti dei gas serra come il metano e l'ozono troposferico, e particolati poco conosciuti come il nerofumo. Il modo in cui questi inquinanti interagiscono e si spostano nel pianeta aiuterà gli scienziati a comprendere meglio l'inquinamento atmosferico e il cambiamento climatico ora e in futuro.

"Andremo nelle regioni polari settentrionali nel momento migliore, " ha detto Steven Wofsy, uno scienziato atmosferico all'Università di Harvard a Cambridge, Massachusetts, e scienziato del progetto di Atom.

Questo inverno, si aspettano di osservare l'accumulo di inquinanti dall'Europa, gli Stati Uniti, Canada, Cina settentrionale, e Russia, che rimangono intrappolati nella fredda cupola della circolazione invernale fino alla primavera.

"Guarderemo questa chimica usando strumenti che nessuno ha mai avuto prima, e inizieremo davvero a capire cosa succede mentre questa roba si accumula, " Ha detto Wofsy. L'accumulo invernale di gas pone le basi per i processi chimici che si verificano nell'atmosfera quando la luce solare ritorna nell'Artico.

La luce del sole è energia, e nello stesso modo in cui sostiene la vita sulla Terra attraverso la fotosintesi delle piante, guida anche il sistema chimico nell'atmosfera. La radiazione ultravioletta in entrata fornisce fotoni ad alta energia che possono lacerare le molecole di gas, trasformandoli in nuovi frammenti altamente reattivi. Uno degli obiettivi scientifici di ATom è comprendere questi processi fotochimici che aiutano a rimuovere inquinanti e gas serra dall'atmosfera.

Questi processi fotochimici saranno in pieno svolgimento mentre la missione volerà dall'Alaska lungo l'Oceano Pacifico verso la Nuova Zelanda e l'estate nell'emisfero australe.

"Stiamo andando nell'emisfero australe in prima serata, " ha detto Michael Prather, uno scienziato atmosferico presso l'Università della California Irvine e vice scienziato del progetto di ATom. "Questo è quando la luce del sole è laggiù. È la più grande attività fotochimica. È la più grande attività biologica degli oceani meridionali".

Poiché l'emisfero australe contiene meno masse di terra e meno popolazione mondiale, l'atmosfera meridionale è generalmente più pulita di quella dell'emisfero settentrionale. Secondo Prather, questo significa che sarà potenzialmente più facile osservare gas e particelle, in particolare da piante marine, che reagiscono con i gas già presenti nell'atmosfera. Le reazioni legate all'oceano sono attualmente poco conosciute e sono uno dei motivi principali per cui ATom sta effettuando la sua indagine.

"Per ottenere i dettagli di cui abbiamo bisogno, nel tentativo di capire meglio l'atmosfera, dobbiamo esaminarne il più possibile, così faremo volare profili verticali attraverso l'atmosfera da 500 piedi sopra la superficie dell'oceano fino a 35, 000 piedi, dove volano gli aerei di linea commerciali, " ha affermato il project manager David Jordan dell'Ames Research Center della NASA a Mountain View, California.

Per il viaggio intorno al mondo, Il velivolo DC-8 della NASA trasporterà più di 20 strumenti scientifici che misurano sia i gas maggiori che quelli minori, nonché le particelle. L'aereo ha le dimensioni di un aereo di linea commerciale di medie dimensioni ed è dotato di valvole di aspirazione per campionare l'aria. Farà una serie quasi continua di dolci discese e salite al fine di catturare la parte chimicamente più attiva dell'atmosfera, dall'aria relativamente calda e umida sopra la superficie dell'oceano e da quella più fredda, aria secca alla sua altitudine massima di 35, 000 piedi, e tutto il resto.

Dopo un primo volo dall'Armstrong Flight Research Center della NASA a Palmdale, California, all'equatore e ritorno, il DC-8 effettuerà nove scali nel corso di 28 giorni, in partenza dalla California per il Polo Nord, poi ai tropici, l'Oceano Meridionale intorno all'Antartide, e attraverso la punta meridionale del Sud America prima di volare a nord sull'Oceano Atlantico verso la Groenlandia, poi attraverso l'Oceano Artico di nuovo in Alaska. L'ultima tappa riporterà la squadra scientifica in California.

La missione invernale di ATom sarà la seconda di quattro implementazioni che si svolgeranno fino al 2018. È finanziata dal programma Earth Venture della NASA e gestita dall'Earth Science Project Office di Ames. Un team di oltre 100 persone:scienziati, ingegneri, l'equipaggio di volo e il personale di tutte le agenzie governative e le università sosterranno la missione sia in volo che da terra.