Guardando la Terra dalla Stazione Spaziale Internazionale, gli astronauti vedono in grande, nuvole bianche che si diffondono in tutto il pianeta. Non riescono a distinguere una nuvola di pioggia grigia da una nuvola bianca e gonfia. Mentre i satelliti possono vedere attraverso molte nuvole e stimare le precipitazioni liquide che contengono, non possono vedere le particelle di ghiaccio più piccole che creano enormi nuvole di pioggia.

Un piccolo satellite sperimentale ha riempito questo vuoto e ha catturato la prima immagine globale delle piccole particelle congelate all'interno delle nuvole, normalmente chiamate nuvole di ghiaccio.

Schierato dalla stazione spaziale nel maggio 2017, IceCube sta testando gli strumenti per verificarne la capacità di effettuare misurazioni spaziali di piccoli, cristalli congelati che formano le nuvole di ghiaccio. "I forti acquazzoni provengono dalle nuvole di ghiaccio, " ha detto Dong Wu, Investigatore principale di IceCube presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

Le nuvole di ghiaccio iniziano come minuscole particelle in alto nell'atmosfera. Assorbe l'umidità, i cristalli di ghiaccio crescono e diventano più pesanti, facendoli cadere a quote più basse. Infine, le particelle diventano così pesanti, cadono e si sciolgono per formare gocce di pioggia. I cristalli di ghiaccio possono anche rimanere nell'aria.

Come altre nuvole, le nuvole di ghiaccio influiscono sul bilancio energetico della Terra riflettendo o assorbendo l'energia del Sole e influenzando l'emissione di calore dalla Terra nello spazio. Così, le nuvole di ghiaccio sono variabili chiave nei modelli meteorologici e climatici.

Questa è una media di tre mesi di nuvole di ghiaccio. Le aree di picco più luminose rappresentano la più grande concentrazione di nuvole di ghiaccio. Sono anche i punti con forti precipitazioni sottostanti. Raggiungono la sommità della troposfera per profonda convezione, che è normalmente più forte ai tropici.

La misurazione del ghiaccio atmosferico su scala globale rimane altamente incerta perché i satelliti non sono stati in grado di rilevare la quantità di piccole particelle di ghiaccio all'interno delle nuvole, poiché queste particelle sono troppo opache perché i sensori infrarossi e visibili possano penetrare. Per superare tale limite, IceCube è stato dotato di un radiometro submillimetrico che collega la sensibilità mancante tra le lunghezze d'onda dell'infrarosso e delle microonde.

Nonostante pesi solo 10 libbre e sia grande quanto una pagnotta di pane, IceCube è un'astronave in buona fede, completo di controllo di assetto a tre assi, array solari dispiegabili e un'antenna di comunicazione UHF dispiegabile. Il CubeSat ruota attorno al proprio asse, come un piatto che gira su un palo. Punta verso la Terra per effettuare una misurazione, quindi guarda lo spazio freddo per calibrare.

Originariamente una missione di dimostrazione tecnologica di 30 giorni, IceCube è ancora pienamente operativo nell'orbita terrestre bassa quasi un anno dopo, misurare le nuvole di ghiaccio e fornire dati "abbastanza buoni per fare un po' di vera scienza, " disse Wu.

"La parte difficile dello sviluppo del CubeSat è rendere le parti commerciali durevoli nello spazio, " ha detto Tom Johnson, Small Satellite manager di Goddard di stanza presso la Wallops Flight Facility della NASA in Virginia. "Abbiamo acquistato componenti commerciali per IceCube e abbiamo passato molto tempo a testare i componenti assicurandoci che ogni parte funzionasse".

Durante l'ultimo anno, gli ingegneri hanno testato i limiti del satellite mentre erano in orbita. Volevano vedere se le batterie dello strumento immagazzinavano energia sufficiente per funzionare 24 ore. IceCube carica le sue batterie quando il sole splende sui suoi pannelli solari. Durante il test, le salvaguardie hanno impedito al satellite di perdere tutta la sua potenza e di porre fine alla missione; però, il test ha avuto successo. Le batterie hanno fatto funzionare l'IceCube tutta la notte e si sono ricaricate durante il giorno. Questa modifica ha reso il CubeSat più prezioso per la raccolta di dati scientifici.

Mentre il team di IceCube prevedeva che la missione avrebbe operato per 30 giorni nello spazio, "Non costa molto andare avanti, "Johnson ha detto, "quindi abbiamo esteso la missione grazie all'eccezionale scienza che IceCube sta eseguendo. Scarichiamo dati da otto a 10 volte a settimana. Anche se perdiamo una settimana, il CubeSat può contenere un paio di settimane di dati."

Johnson afferma di non essere sorpreso da quanto tempo sia durato IceCube. "Durerà circa un anno, quando rientrerà nell'atmosfera terrestre e brucerà dentro."

Il team di IceCube ha costruito il veicolo spaziale utilizzando i finanziamenti del programma In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) dell'Earth Science Technology Office (ESTO) della NASA e dell'iniziativa CubeSat della direzione della missione scientifica della NASA.

Piccoli satelliti, inclusi CubeSat, svolgono un ruolo sempre più importante nell'esplorazione, dimostrazione di tecnologia, ricerca scientifica e indagini educative presso la NASA. Sono stati utilizzati nell'esplorazione dello spazio planetario, scienze fondamentali della Terra e dello spazio, e lo sviluppo di strumenti scientifici precursori come comunicazioni laser all'avanguardia, comunicazioni da satellite a satellite e capacità di movimento autonomo.