Aurora e stelle sopra Ny-Ålesund. Credito:Chris Pirner
Gli scienziati sanno da tempo che l'atmosfera terrestre perde diverse centinaia di tonnellate di ossigeno ogni giorno. Capiscono come avviene questa perdita di ossigeno sul lato notturno della Terra, ma non sono sicuri di come accada di giorno. Però sanno una cosa; accadono durante le aurore.
Secondo un comunicato stampa dell'Osservatorio della Terra della NASA, non esistono due eventi di deflusso di ossigeno esattamente uguali, il che rende la loro comprensione una sfida. Chiamano gli eventi "fontane di gas" che sfuggono dalla Terra durante l'attività aurorale, e l'Osservatorio della Terra ha una missione dedicata alla loro comprensione.
La missione fa parte del programma dell'Osservatorio della Terra della NASA chiamato VISIONS-2 (Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2), e richiede determinate condizioni. È ambientato a Ny Alesund, Svalbard, Norvegia per una buona ragione. È l'insediamento civile aperto tutto l'anno più settentrionale del mondo. Ha un porto senza ghiaccio tutto l'anno, e un moderno impianto di lancio di razzi. Non c'è nemmeno il sole nella notte invernale qui per interferire con lo studio delle aurore.
Ma c'è qualcos'altro che rende questa ambientazione perfetta per la missione VISIONS-2. Ogni mattina, Ny Alesund passa sotto un punto debole della bolla magnetica terrestre. Il punto debole è come un imbuto che incanala il forte vento solare nella nostra atmosfera superiore. Che provoca manifestazioni aurorali, e fa bollire i gas della nostra atmosfera nel vuoto dello spazio in una fontana aurorale.
A 78,9° N, Ny Alesund dista solo 1237 km dal Polo Nord, e oltre 5700 km da Washington, DC.
Recentemente, i ricercatori con VISIONS-2 hanno lanciato due razzi sonda per studiare la perdita di ossigeno durante le aurore. I razzi sonda sono piccoli, razzi mirati che possono essere lanciati rapidamente. In questo caso, i due razzi erano caricati con macchine fotografiche e altri strumenti, e preparati per il lancio.
Il team di lancio deve essere molto paziente. Ma certo, hanno la tecnologia dalla loro parte. Non devono aspettare di vedere l'aurora, hanno anticipato un'aurora grazie al satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR).
DSCOVR è l'osservatorio del vento solare della NOAA. Si trova nel punto di LaGrange tra la Terra e il Sole e dice al team VISIONS-2 quando il vento solare è abbastanza potente e orientato nel modo giusto per causare le aurore. Nella migliore delle ipotesi, la squadra riceve circa un'ora di preavviso.
Uno dei razzi sonda prima del lancio. Anche se sono piccoli, sono ancora pezzi di equipaggiamento sofisticati che richiedono una preparazione dettagliata per la loro missione. Credito:NASA
Anche con preavviso, la squadra è prudente. Se il vento solare risulta essere troppo debole, allora avranno sprecato il lancio. Se le condizioni del vento terrestre nell'atmosfera terrestre sono troppo forti, anche questo è un problema. I razzi non sono guidati, quindi devono essere orientati prima del lancio per tenere conto dei venti. Per fortuna, il team ha a disposizione un altro strumento, palloncini meteorologici lanciati ogni 30 minuti, come necessario, per provare il vento.
I razzi sono stati organizzati a Ny-Ålesund, Svalbard (Norvegia), e i ricercatori hanno aspettato un'aurora prima di lanciare la coppia. Il 7 dicembre, 2018, i ricercatori hanno lanciato i due razzi durante un'aurora. La foto sotto è una lunga esposizione dei razzi, che cattura entrambi i lanci anche se sono avvenuti a un paio di minuti di distanza.
La missione ha utilizzato un paio di razzi in modo da poter utilizzare un mix di strumenti diversi in ciascuno. Alcuni strumenti richiedevano una piattaforma rotante e altri no. Un paio di razzi lanciati con un paio di minuti di distanza hanno anche permesso a strumenti simili di effettuare letture nel tempo. L'immagine sopra mostra le accensioni e i burnout del primo stadio dei due razzi, poiché sono stati inviati nella loro missione per studiare la perdita di ossigeno nell'atmosfera terrestre.
Un paio di razzi sonda hanno preso di mira l'aurora sulle Svalbard, Norvegia, per aiutare gli scienziati a capire come l'atmosfera terrestre perde ossigeno nello spazio. Anche se nell'immagine è il giorno della Terra, la posizione di lancio è così a nord che non c'è luce del giorno. Credito:Allison Stancil-Ervin del Wallops Flight Facility della NASA
"Abbiamo avuto un'esperienza così straordinaria costruendo questi payload molto complessi e capaci, integrandoli e testandoli a Wallops, poi portandoli in campo, " ha detto Doug Rowland, investigatore principale della missione e fisico spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Il lancio è stato un momento molto emozionante, ancora di più quando abbiamo visto che tutti gli strumenti avevano funzionato bene e le condizioni scientifiche erano buone".
Dopo il lancio, ci sono dieci minuti perché il razzo faccia il suo lavoro nella fontana atmosferica. Le telecamere di imaging dell'atomo neutro creano un'immagine della fontana dall'interno e dall'esterno. La fotocamera aurorale documenta l'aurora stessa, la sua temperatura, intensità, e altezza. Se tutto va bene, il team di ricerca viene premiato con un "muro di scienza".
Il lancio del 7 dicembre sembra aver avuto successo. Una prima occhiata ai dati mostra che gli strumenti hanno funzionato correttamente e hanno restituito i dati previsti. "Credo che abbiamo visto la 'fontana atmosferica, '" ha detto Rowland. I dati devono ancora essere analizzati e ridimensionati, "ma potremmo averne prove da più punti di vista".
Chi non vorrebbe un vistoso muro di scienza come questo? Il co-investigatore di VISIONS-2 Jim Hecht studia "il muro della scienza" utilizzato per visualizzare i dati che mostrano le condizioni e le previsioni aurorali. Credito:Doug Rowland
Terra, ovviamente, è una dinamica, vita, pianeta attivo. C'è molto da fare qui. Il progetto VISIONS-2 è progettato non solo per aiutarci a capire meglio il nostro pianeta, ma anche altri pianeti. Quali pianeti sono abitabili? Perché alcuni sono così desolati? Come ha fatto un pianeta come Marte, che un tempo aveva un'atmosfera, perderlo?
L'atmosfera terrestre non scomparirà presto. Non prima che il sole diventi gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni, comunque. In quel lontano momento, il Sole in espansione farà bollire la nostra atmosfera come niente. Allora abbiamo finito.
La quantità di ossigeno (e idrogeno) persa dall'atmosfera terrestre durante queste aurore è minuscola. Diverse centinaia di tonnellate al giorno potrebbero sembrare tante, ma non lo è. In ogni caso, la fotosintesi aiuta a ripristinare l'ossigeno. È ancora un pezzo importante del puzzle per capire come funzionano le cose, anche se, e quali sono i dettagli nella relazione tra la Terra e la sua stella.
Una fotografia di un'aurora a Ny-Ålesund, Norvegia, Novembre 2018. Credito:Ahmed Ghalib, Squadra carico utile VISIONS-2