Em uma manhã gelada no início de dezembro, uma equipe de cientistas de foguetes da NASA se reunirá na sala de controle em Ny-Ålesund, Svalbard, um arquipélago remoto na costa norte da Noruega. Aqui na faixa de foguetes mais ao norte do mundo, operado pelo Centro Espacial Andøya da Noruega, o relógio pode marcar 8h, mas o Sol não vai nascer - nessa altura, não terá aparecido no horizonte em mais de um mês.

Por um mês, Ny-Ålesund será o lar da equipe de foguetes por trás da missão VISIONS-2 da NASA, abreviação de Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2. Eles se aventuraram a este lugar extremo para ver de perto a fuga atmosférica, o processo pelo qual a Terra está lentamente vazando sua atmosfera para o espaço. Compreender a fuga atmosférica na Terra tem aplicações em todo o Universo - desde a previsão de quais planetas distantes podem ser habitáveis, para juntar as peças de como Marte se tornou o deserto, paisagem exposta que é hoje. VISIONS-2 está programado para lançar não antes de 4 de dezembro, 2018.

Liderado por Doug Rowland do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, VISIONS-2 é uma missão de foguete de sondagem, um tipo de foguete suborbital que torna breve, voos direcionados para o espaço antes de cair de volta à Terra apenas alguns minutos depois. Foguetes de sondagem são únicos entre as espaçonaves científicas por sua destreza superior:eles podem ser transportados para locais remotos, onde eles são apontados e disparados em eventos de curta duração - como a formação repentina da aurora boreal - em um piscar de olhos.

A aurora boreal é de grande interesse para a equipe do VISIONS-2, mas não apenas por seu brilho sobrenatural. O jogo da aurora é um motor fundamental no processo de escape atmosférico, por meio do qual os planetas, incluindo a Terra, gradualmente vazam sua atmosfera para o espaço.

"A Terra está perdendo peso, "disse Thomas Moore, um físico espacial Goddard especializado em fuga atmosférica. "Já houve observações suficientes para saber que em qualquer lugar de uma centena a várias centenas de toneladas de atmosfera estão indo para o espaço todos os dias."

(Não se preocupe - nesse ritmo, Estimativas de Moore, A Terra reterá sua atmosfera por um bilhão de anos ou mais.)

Suspeitamos que a Terra estava perdendo atmosfera desde pelo menos 1904, quando Sir James Jeans publicou pela primeira vez seu trabalho The Dynamical Theory of Gases, estabelecendo as bases teóricas para o escape atmosférico. Mas há um elemento sendo drenado que ainda apresenta um mistério. Os cientistas há muito pensavam que o oxigênio, pesando 16 vezes a massa do hidrogênio, era muito pesado para escapar da gravidade da Terra.

"Para escapar da Terra, o oxigênio exigiria algo como 100 vezes a energia que normalmente possui, "disse Rowland, o principal investigador da missão. "Apenas uma fração mínima deve chegar." Mas quando os cientistas finalmente apareceram e olharam nos anos 60 e 70, não foi isso que eles encontraram. Na verdade, o espaço próximo à Terra está repleto de muito mais oxigênio proveniente da Terra do que qualquer um esperava.

"Mas como ele chegou lá? Você precisa de processos que energizem o oxigênio o suficiente para escapar, disse Rowland.

A aurora, acontece que, é um desses processos. A aurora é formada quando os elétrons energéticos, acelerado nos campos elétricos e magnéticos no espaço próximo à Terra, colidir e excitar os gases atmosféricos, que emitem tons brilhantes de vermelho, verde, e amarelo à medida que relaxam para um estado de energia mais baixo. Mas esses elétrons indisciplinados também criam uma cascata de destruição no processo, incluindo a condução de correntes elétricas que aquecem a atmosfera superior em manchas manchadas. Em alguns casos, que o aquecimento é suficiente para dar aos átomos de oxigênio perdidos energia suficiente para escapar. "É como colocar um elemento de aquecimento em sua sopa - eventualmente, vai começar a ferver, disse Rowland.

VISÕES-1, o precursor da missão atual, lançado na Poker Flat Research Range no Alasca em 2013, onde eles estudaram o fluxo de oxigênio da aurora que se forma no lado noturno da Terra, a parte do planeta que está temporariamente apontada para longe do sol. Para a missão VISIONS-2, a equipe viajará para uma parte única do globo onde a aurora diurna pode ser encontrada.

Uma vez por dia, Svalbard passa sob uma característica incomum na magnetosfera terrestre conhecida como cúspide polar. As cúspides polares se formam nos pólos Norte e Sul no lado voltado para o Sol do planeta, e eles são os únicos lugares onde as partículas do vento solar podem fluir diretamente para a nossa atmosfera. As cúspides são como pontes magnéticas entre a Terra e o espaço, onde elétrons energéticos do Sol colidem com as partículas atmosféricas e criam uma aurora diurna.

VISIONS-2 lançará dois foguetes na cúspide polar norte, onde usará uma técnica de imagem para mapear o fluxo de oxigênio da aurora. Usando esta técnica, VISIONS-2 tem uma abordagem diferente de muitas outras missões, que tentam combinar dados de muitos eventos de fluxo de saída. Em vez de, VISIONS-2 espera adquirir uma grande quantidade de dados sobre um único evento de fluxo de oxigênio. Nem todos os eventos de fluxo de saída são iguais, mas compreendê-lo em grande detalhe forneceria um valor científico significativo.

"É como se você estivesse tentando estudar tornados, você poderia apenas medir os ventos enquanto vários tornados voam a diferentes distâncias de sua casa, - disse Rowland. - Você teria uma ideia de como é um tornado 'médio'. O que queremos fazer em vez disso é observar de forma abrangente um tornado, para entender como funciona em detalhes. "

VISIONS-2 trata de verificar se e como o processo de aquecimento e energização do oxigênio na aurora diurna - dentro da cúspide polar - é o mesmo descoberto no lado noturno. Está longe de ser uma conclusão precipitada, já que o lado diurno e o noturno exibem algumas diferenças marcantes.

"O fluxo de íons na cúspide é mais estável e com menos energia, enquanto que no lado noturno tem mais rajadas e pode ter maior energia, "Rowland explicou." Além disso, o ambiente é diferente entre a cúspide e o lado noturno, por isso, procuramos pontos em comum e diferenças. "

VISIONS-2 não será o único foguete a ser lançado deste local remoto:é o primeiro de nove foguetes lançados nos próximos 14 meses como parte da Iniciativa Grande Desafio - Cusp. Desenhando pesquisadores dos Estados Unidos, Canadá, Noruega, o Reino Unido e o Japão, o Grande Desafio é uma colaboração internacional para explorar a cúspide polar norte, esperançosamente decifrando o código deste portal incomum entre a Terra e o espaço.

VISIONS-2 está programado para ser lançado em Ny-Ålesund, Alcance do foguete Svalbard em dezembro de 2018. A janela de lançamento se estende de 4 a 18 de dezembro.