在12月初的一个寒冷的早晨，一队美国宇航局的火箭科学家将挤在挪威北部海岸偏远群岛斯瓦尔巴群岛的Ny-Ålesund的控制室里。在挪威安多亚航天中心运营的世界最北端的火箭射程中，时钟可能会在上午8点播出，但太阳不会升起 - 到那个时候，它将不会在一个多月的时间里掠过地平线。

在一个月的时间里，Ny-Ålesund将成为美国宇航局VISIONS-2任务背后的火箭队的主场，这是通过中性原子传感-2可视化离子流出的简称。他们冒险到这个极端的地方近距离观察大气逃逸，这是地球慢慢将大气层泄漏到太空的过程。了解地球上的大气逃逸在整个宇宙中都有应用 - 从预测哪些远处的行星可能适合居住，到拼凑火星如何成为今天的荒凉，暴露的景观。VISIONS-2计划于2018年12月4日之前推出。

VISIONS-2由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的道格罗兰带领，是一种探测性火箭任务，是一种亚轨道火箭，在几分钟后坠落回地球之前，它会短暂，有针对性地飞入太空。探空火箭在科学航天器中是独一无二的，因为它们具有超强的灵活性：它们可以被推向偏远的地方，在那里它们被瞄准并射入短暂的事件 - 就像突然形成的北极光 - 在片刻之前注意到。

北极光对VISIONS-2团队非常感兴趣，但不仅仅是因为其超凡脱俗的光芒。极光游戏是大气逃逸过程中的基本驱动因素，包括地球在内的行星逐渐将大气层泄漏到太空中。

“地球正在减肥，”专注于大气逃逸的戈达德太空物理学家托马斯摩尔说。“已经有足够的观察结果可以知道，每天都有一百到几百吨的大气层进入太空。”

(不用担心 - 按照这个速度，摩尔估计，地球将保持其气氛大约十亿年。)

至少在1904年，当詹姆斯牛仔裤爵士首次发表他的着作“气体的动力学理论”时，我们怀疑地球正在失去大气层，为大气逃逸奠定了理论基础。但是有一个元素消失仍然是​​一个谜。长期以来，科学家一直认为氧气的重量是氢气质量的16倍，太重而无法逃脱地球的引力。

“为了逃离地球，氧气需要的能量是它通常能量的100倍，”该任务的首席研究员罗兰说。“只有最微小的部分才能成功。”但是，当科学家最终上升并观察60年代和70年代时，这不是他们发现的。事实上，近地空间充满了地球上的氧气，超出了人们的预期。

“但是它是如何在那里起来的?你需要能够让氧气足以逃逸的过程，”罗兰德说。

事实证明，极光就是这样一个过程。当在近地空间的电场和磁场中加速的高能电子撞击并激发大气气体时形成极光，当它们放松回到较低的能量状态时，它们发出明亮的红色，绿色和黄色色调。但是这些不守规矩的电子在这个过程中也会产生一连串的破坏，包括驱动电流加剧污染斑块中的上层大气。在某些情况下，加热足以使杂散氧原子有足够的能量逃逸。“这就像在你的汤里放一个加热元素 - 最终，它会开始沸腾，”罗兰说。

VISIONS-1是当前任务的先驱，于2013年在阿拉斯加的扑克平面研究区推出，他们研究了地球夜晚形成的极光的氧气流出，这个星球的一部分暂时远离太阳。对于VISIONS-2任务，该团队将前往全球独一无二的地方，在那里可以找到日间极光。

每天一次，斯瓦尔巴德在地球磁层的一个不同寻常的特征下通过，称为极尖。极地尖端形成于朝向太阳的一侧的北极和南极，它们是太阳风中的粒子可以直接流入我们大气层的唯一地方。尖点就像地球和太空之间的磁桥，来自太阳的高能电子撞击大气粒子并形成日间极光。

VISIONS-2将两枚火箭飞入北极尖，在那里它将使用成像技术绘制来自极光的氧流出。使用这种技术，VISIONS-2采用了与许多其他任务不同的方法，这些任务尝试组合来自许多流出事件的数据。相反，VISIONS-2希望获得关于单个氧气流出事件的大量数据。并非所有流出事件都是相同的，但非常详细地理解它将提供重要的科学价值。

“就像你正在尝试研究龙卷风一样，你可以测量风，因为各种龙卷风飞离你家不同的距离，”罗兰说。“你会得到一张'平均'龙卷风的样子。我们要做的是全面观察龙卷风，了解龙卷风的细节。”

VISIONS-2是关于检查在极地尖端内的日间极光上加热和激发氧气的过程是否以及如何以及如何在夜间发现的过程相同。由于白天和夜晚显示出一些明显的差异，这远非定局。

罗兰解释说：“尖端的离子流出更稳定，能量更低，而夜间的离子流出更多，能量更高。”“此外，尖端和夜间的环境不同，所以我们正在寻找共性和差异。”

VISIONS-2不会是从这个偏远地区发射的唯一火箭：它是未来14个月内发射的9枚探空火箭中的第一枚，作为大挑战计划 - Cusp的一部分。来自美国，加拿大，挪威，英国和日本的研究人员，大挑战是一项国际合作，探索北极尖，希望破解地球与太空之间这个不寻常的门户的代码。

VISIONS-2计划于2018年12月从斯瓦尔巴德火箭系列Ny-Ålesund发射。发射窗口从12月4日延伸至18日。