Cirka 17 kilometer över jordens yta, det första lagret av atmosfären möter det andra. Vid en gräns som kallas tropopausen, troposfären slutar och stratosfären börjar. Gränsöverskridande detta gränssnitt, cirka fem kilometer på vardera sidan, är ett band av atmosfären märkt, i sak, "övre troposfären/nedre stratosfären" - UTLS.

Denna kyliga skiva damm och gaser får inte mycket press. Men materialen som virvlar runt i den påverkar kraftfullt klimatet vi upplever på jorden, och bra data om vad som händer i UTLS kommer att driva mycket mer exakta modeller av hur vi kan förvänta oss att klimatet kommer att förändras, och när. Än så länge, dock, vi vet väldigt lite.

"Det är bokstavligen, hur svårt det än är att tro, ett outforskat område i atmosfären, sa Scott Bailey, professor vid Bradley-avdelningen för elektro- och datateknik. "Och det är avgörande för förutsägelser om klimatförändringar."

Att tygla klimatförändringarna har blivit en central pelare i Biden-administrationens syn på ekonomisk och offentlig politik; initiativ för ren energi, utsläppsgränser, och andra klimatfokuserade bestämmelser står för miljarder i utgifter i räkningar som för närvarande arbetar sig igenom kongressen.

Effektiva begränsningar kräver exakta förutsägelser, förklarade Bailey, som också är chef för Space@VT, universitetets centrum för rymdvetenskap och ingenjörsforskning.

"Tänk dig att du är borgmästare i en stor kuststad, " sa han. "Du vet att under de kommande 50 åren kommer havsnivån att stiga och orsaka översvämningar, så vad gör du? Behöver du förstärka stränderna? Behöver du uppdatera byggreglerna för att förbereda dig för hårdare stormar? Behöver du börja bokstavligen flytta staden inåt landet? Och när? Är det ett 20-årsproblem eller ett 40-årsproblem? Du kommer att ha dessa frågor för varje stad vid kusten, över hela landet."

Den grundläggande berättelsen om klimatförändringar är att växthusgaser fångar värme, höja temperaturen och köra extrema väderhändelser.

"Men det finns mycket mer i historien, sa Bailey, förklarar att mänsklig aktivitet faktiskt bidrar till två konkurrerande processer. Uppvärmning är en av dem, men den andra, mindre intuitivt, kyler:Aerosoler suspenderade i atmosfären fungerar som en värmesköld, sprider inkommande solljus tillbaka ut i rymden och sänker temperaturerna. (Detta var fenomenet som drev den uppenbara pausen i den globala uppvärmningen under 2010-talet.)

Många av dessa aerosoler är antropogena på ett eller annat sätt, och UTLS, där temperaturen och lufttrycket skapar behagliga förhållanden för dem att ackumuleras, det är där mycket av dramatiken utspelar sig. Forskare vet vad några av dessa föreningar är, men mycket lite om deras relativa överflöd eller hur de förändras med tiden. Bailey, med ett hårt slagande team av samarbetspartners vid forskningsinstitutioner över hela landet, har kartlagt en plan som äntligen skulle kunna kasta lite ljus över denna mystiska region i atmosfären.

Deras förslag innehåller en flotta av sex små satelliter, var och en ungefär lika stor som en picknickkylare, som inte skulle kretsa inom UTLS utan hundratals kilometer ovanför den.

Det tekniska hjärtat i projektet är satelliternas last. Var och en kommer att bära unika sensorer, utarbetad av Newport News-baserade företaget GATS Inc. och utvecklad vid Naval Research Laboratory's Remote Sensing Division, som mäter hur mycket av solens ljus som absorberas vid exakta våglängder. Två gånger varje bana, när varje satellit kommer att vara i precis rätt position för att titta ner genom UTLS mot solen, sensorerna kommer att fånga solljus som filtreras genom UTLS aerosoler. De resulterande absorptionsmönstren kommer att fungera som kemiska fingeravtryck som teamet kan använda för att identifiera komponenterna i dessa aerosoler och spåra hur de förändras med tiden - med större upplösning och precision än vad som varit tillgängligt tidigare.

"Det som är unikt med det här instrumentet är att det kan backa ut atmosfäriska egenskaper i riktigt smala höjdsteg, sa Bailey.

De flesta atmosfäriska sensorer kan bestämma höjden på vad de mäter till inom fem kilometer eller så. I UTLS, bara 10 kilometer tjock, den upplösningen är praktiskt taget värdelös. Sensorerna som Baileys team kommer att använda kan fastställa höjder inom mindre än en kilometer – tillräckligt för att äntligen börja identifiera var dessa föreningar kom ifrån och hur de färdas.

Aerosolerna som flyter i UTLS har sitt ursprung på jorden. De kommer från havssalt, biologiskt material, plymer av aska från skogsbrand, smog rapade från fabrikens skorstenar, och vulkaniskt damm, vädras uppåt i atmosfären av stormar och luftströmmar och annan turbulens.

En viss mängd av dessa aerosoler skulle naturligt filtreras in i UTLS. Men mänsklig aktivitet har pumpat tillräckligt in i atmosfären för att kasta bort balansen av värme som kommer in och ut.

"Vi stör atmosfären på sätt som vi inte kan förutse, och se förändringar som vi kämpar för att förstå, " sa Bailey. "Om du en dag ser föroreningar som genereras av en skogsbrand, till exempel, du vill spåra dess rörelse över tiden. Du behöver en detaljerad profil för att göra det, och det är vad det här instrumentet kan göra."

Teamet utvecklade en fungerande prototyp av instrumentet med ett anslag på 4 miljoner USD från NASA 2017. Nu, de ansöker om den mycket kraftigare infusionen av finansiering som det kommer att krävas för att bygga den verkliga versionen och skicka den ut i rymden.

Om de lyckas, data som strömmar tillbaka från dessa satelliter kommer att hjälpa till att koppla ihop prickarna mellan mänskligt beteende och förändringar i klimatet, fylla i saknade delar av bilden behöver vi för att bygga robusta klimatmodeller.

"Hur mycket det kommer att värmas till när är avgörande, och det finns fortfarande stora felstaplar när vi ska nå vissa temperaturer, " sa Bailey. "Vi kommer inte att komma dit utan det här uppdraget. Det här är inte ett litet steg framåt – det här är ett stort steg framåt."