Strane cose accadono nell'atmosfera terrestre alle alte latitudini. Intorno a mezzogiorno locale, quando il Sole è nel suo punto più alto, una fessura a forma di imbuto nel campo magnetico del nostro pianeta si forma sopra il Polo Nord. Il campo magnetico terrestre ci protegge dal vento solare, il flusso di particelle cariche emesse dal Sole. Il divario in quel campo, chiamato cuspide polare, consente al vento solare una linea diretta di accesso all'atmosfera terrestre.
I segnali radio e GPS si comportano in modo strano quando viaggiano attraverso questa parte del cielo. Negli ultimi 20 anni, scienziati e operatori di veicoli spaziali hanno notato qualcos'altro di insolito mentre i veicoli spaziali attraversavano questa regione: rallentano.
"A circa 400 chilometri sopra la Terra, i veicoli spaziali sentono più resistenza, un po' come se avessero colpito un dosso di velocità", ha affermato Mark Conde, un fisico dell'Università dell'Alaska Fairbanks e ricercatore principale per il Cusp Region Experiment-2 della NASA, o CREX-2, missione a razzo sonda lanciato con successo il primo dicembre 2021 dal Centro spaziale Andøya in Norvegia. Il rallentamento dei veicoli spaziali avviene perché l'aria nella cuspide è notevolmente più densa dell'aria altrove nelle orbite dei veicoli spaziali intorno alla Terra. Ma nessuno sa perché. Comprendendo le forze in gioco nella cuspide, gli scienziati sperano di anticipare meglio i cambiamenti nelle traiettorie dei veicoli spaziali.
CREX-2 mirava inizialmente a saperne di più sulle dinamiche nella cuspide come parte della Grand Challenge Initiative – CUSP nel 2019, ma sebbene tutti i sistemi fossero pronti per il lancio, la missione non è mai decollata. All'epoca c'era poca attività solare e, di conseguenza, le condizioni meteorologiche spaziali non erano giuste per la missione. La pandemia di COVID-19 ha ulteriormente posticipato il suo volo. Ora, dopo un ritardo di quasi due anni, CREX-2 spera di rispondere alle domande sulla cuspide. Il team è ottimista; il Sole è in una fase più attiva del suo ciclo naturale questa volta, aumentando le possibilità che le condizioni meteorologiche spaziali siano favorevoli per la loro missione di studiare una regione insolitamente densa dell'atmosfera.
Mentre la densità dell'atmosfera terrestre diminuisce rapidamente con l'altezza, rimane coerente orizzontalmente. Cioè, a qualsiasi altitudine, l'atmosfera è all'incirca della stessa densità in tutto il mondo. Tranne che nella cuspide, dove 400 km sopra di noi c'è una sacca d'aria circa una volta e mezza più densa di altra aria a quell'altitudine. "Non puoi semplicemente aumentare la massa in una regione di un fattore di 1,5 e non fare nient'altro", ha detto Conde. Qualcosa di invisibile supporta quella massa extra e la missione CREX-2 mira a capire esattamente di cosa si tratta.
La missione è progettata per misurare i numerosi fattori che potrebbero potenzialmente spiegare come l'aria densa della cuspide rimanga sospesa. Una possibilità coinvolge effetti elettrici e magnetici nella ionosfera, lo strato dell'atmosfera superiore della Terra che è ionizzato dal Sole, il che significa che contiene particelle elettricamente cariche. L'elettrodinamica potrebbe supportare indirettamente l'aria più densa, oppure potrebbe causare un riscaldamento che genera venti verticali per mantenere l'aria densa in alto. CREX-2 ha una serie di strumenti progettati per misurare questi effetti.
Un'altra spiegazione potrebbe essere che l'aria nell'intera colonna verticale della cuspide è più densa dell'ambiente circostante. Impilata in cima all'aria più pesante, l'aria densa alta circa 402 chilometri rimarrebbe galleggiante. Ma avere una colonna d'aria più pesante dovrebbe anche produrre venti orizzontali o addirittura vortici, che CREX-2 è progettato per cercare.