Par un matin glacial de début décembre, une équipe de scientifiques des fusées de la NASA se rassemblera dans la salle de contrôle à Ny-Ålesund, Svalbard, un archipel isolé au large de la côte nord de la Norvège. Ici, dans le champ de tir de fusées le plus septentrional du monde, exploité par le centre spatial norvégien Andøya, l'horloge peut indiquer 8 heures du matin, mais le soleil ne se lèvera pas - à ce moment-là, il n'aura pas dépassé l'horizon depuis plus d'un mois.

Pendant un mois, Ny-Ålesund abritera l'équipe de fusées derrière la mission VISIONS-2 de la NASA, abréviation de Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2. Ils se sont aventurés dans cet endroit extrême pour observer de près l'évasion atmosphérique, le processus par lequel la Terre déverse lentement son atmosphère dans l'espace. Comprendre l'évasion atmosphérique sur Terre a des applications dans tout l'Univers - de la prédiction des planètes lointaines qui pourraient être habitables, pour reconstituer comment Mars est devenue la désolation, paysage exposé qu'il est aujourd'hui. VISIONS-2 devrait être lancé au plus tôt le 4 décembre, 2018.

Dirigé par Doug Rowland du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, VISIONS-2 est une mission de fusée-sonde, un type de fusée suborbitale qui fait brève, des vols ciblés dans l'espace avant de retomber sur Terre quelques minutes plus tard. Les fusées-sondes sont uniques parmi les engins spatiaux scientifiques pour leur dextérité supérieure :elles peuvent être transportées dans des endroits éloignés, où ils sont visés et tirés dans des événements de courte durée - comme la formation soudaine des aurores boréales - à tout moment.

Les aurores boréales intéressent vivement l'équipe VISIONS-2, mais pas seulement pour son éclat d'un autre monde. Les aurores sont des moteurs fondamentaux dans le processus d'évasion atmosphérique, où les planètes, y compris la Terre, progressivement leur atmosphère dans l'espace.

"La Terre perd du poids, " a déclaré Thomas Moore, un physicien de l'espace Goddard spécialisé dans l'évasion atmosphérique. "Il y a eu suffisamment d'observations pour savoir que de cent à plusieurs centaines de tonnes d'atmosphère vont dans l'espace chaque jour."

(Ne vous inquiétez pas, à ce rythme, estimations de Moore, La Terre conservera son atmosphère pendant environ un milliard d'années.)

Nous soupçonnons que la Terre perdait de l'atmosphère depuis au moins 1904, lorsque Sir James Jeans a publié pour la première fois son ouvrage The Dynamical Theory of Gases, jeter les bases théoriques de l'évasion atmosphérique. Mais il y a un élément qui s'écoule qui présente toujours un mystère. Les scientifiques ont longtemps pensé que l'oxygène, pesant 16 fois la masse d'hydrogène, était trop lourd pour échapper à la gravité terrestre.

"Pour échapper à la Terre, l'oxygène nécessiterait quelque chose comme 100 fois l'énergie qu'il a généralement, " dit Rowland, l'enquêteur principal de la mission. "Seule la plus petite fraction devrait jamais y arriver." Mais quand les scientifiques sont finalement montés et ont regardé dans les années 60 et 70, ce n'est pas ce qu'ils ont trouvé. En réalité, l'espace proche de la Terre regorge de beaucoup plus d'oxygène terrestre que prévu.

"Mais comment est-il arrivé là-haut? Vous avez besoin de processus qui dynamisent suffisamment cet oxygène pour s'échapper, " dit Rowland.

L'aurore, il s'avère, est l'un de ces processus. Les aurores se forment lorsque des électrons énergétiques, accéléré dans les champs électriques et magnétiques dans l'espace proche de la Terre, percuter et exciter les gaz atmosphériques, qui émettent des teintes vives de rouge, vert, et jaune lorsqu'ils se détendent pour revenir à un état d'énergie inférieur. Mais ces électrons indisciplinés créent également une cascade de ravages dans le processus, y compris la conduite de courants électriques qui chauffent la haute atmosphère en taches tachetées. Dans certains cas, que le chauffage est suffisant pour donner aux atomes d'oxygène errants suffisamment d'énergie pour s'échapper. "C'est comme mettre un élément chauffant dans votre soupe - finalement, ça va commencer à bouillir, " dit Rowland.

VISIONS-1, le précurseur de la mission actuelle, lancé à partir de la gamme Poker Flat Research en Alaska en 2013, où ils ont étudié les sorties d'oxygène des aurores qui se forment du côté nuit de la Terre, la partie de la planète qui est temporairement pointée loin du Soleil. Pour la mission VISIONS-2, l'équipe se rendra dans une partie unique du globe où se trouvent les aurores diurnes.

Une fois par jour, Le Svalbard passe sous une caractéristique inhabituelle de la magnétosphère terrestre connue sous le nom de cuspide polaire. Les cuspides polaires se forment aux pôles Nord et Sud du côté solaire de la planète, et ce sont les seuls endroits où les particules du vent solaire peuvent affluer directement dans notre atmosphère. Les cuspides sont comme des ponts magnétiques entre la Terre et l'espace, où les électrons énergétiques du Soleil s'écrasent sur les particules atmosphériques et créent une aurore diurne.

VISIONS-2 fera voler deux fusées dans la cuspide polaire nord, où il utilisera une technique d'imagerie pour cartographier les sorties d'oxygène des aurores. En utilisant cette technique, VISIONS-2 adopte une approche différente de beaucoup d'autres missions, qui tentent de combiner les données de nombreux événements de sortie. Au lieu, VISIONS-2 espère acquérir un grand nombre de données sur un seul événement de sortie d'oxygène. Tous les événements de sortie ne sont pas identiques, mais en comprendre un dans ses moindres détails apporterait une valeur scientifique importante.

"C'est comme si vous essayiez d'étudier les tornades, vous pouvez simplement mesurer les vents alors que diverses tornades passent à différentes distances de votre maison, " a déclaré Rowland. " Vous auriez une image de ce à quoi ressemble une tornade " moyenne ". Ce que nous voulons faire à la place, c'est d'observer globalement une tornade, pour comprendre comment cela fonctionne en détail."

VISIONS-2 consiste à vérifier si et comment le processus de chauffage et d'activation de l'oxygène sur les aurores diurnes - au sein de la cuspide polaire - est le même que ceux découverts du côté nocturne. C'est loin d'être gagné d'avance, car le côté jour et le côté nuit présentent des différences marquées.

"La sortie des ions dans la cuspide est plus stable et moins énergétique, tandis que celui de la nuit est plus éclatant et peut être plus énergétique, " expliqua Rowland. " De plus, l'environnement est différent entre la cuspide et le nightside, nous recherchons donc des points communs et des différences."

VISIONS-2 ne sera pas la seule fusée à être lancée depuis cet endroit éloigné :il s'agit de la première des neuf fusées-sondes lancées au cours des 14 prochains mois dans le cadre de l'Initiative Grand Challenge—Cusp. En attirant des chercheurs des États-Unis, Canada, Norvège, le Royaume-Uni et le Japon, le Grand Challenge est une collaboration internationale pour explorer la cuspide polaire nord, espérons-le déchiffrer le code de ce portail inhabituel entre la Terre et l'espace.

Le lancement de VISIONS-2 est prévu depuis Ny-Ålesund, Gamme de fusées du Svalbard en décembre 2018. La fenêtre de lancement s'étend du 4 au 18 décembre.