Particules chargées dans l'atmosphère terrestre, qui composent l'ionosphère, créer des bandes de couleur au-dessus de la surface de la Terre, connu sous le nom de lueur d'air. ICÔNE, représenté dans le concept de cet artiste, étudiera l'ionosphère d'une hauteur d'environ 350 milles pour comprendre comment les effets combinés de la météorologie terrestre et spatiale influencent cette couche ionisée de particules. Crédit :NASA Goddard's Conceptual Image Lab/B. Monroe
Comme la Terre, l'espace a le temps. Sauf au lieu des vents tourbillonnants et des pluies torrentielles, la météo spatiale est définie par des champs électriques et magnétiques changeants et des pluies de particules chargées. Au tout début de l'espace, commençant à seulement 60 miles au-dessus de la surface de la Terre, il y a une couche de l'atmosphère qui se déplace et change de concert avec les deux types de temps.
Au dessus de la couche d'ozone, l'ionosphère est une partie de l'atmosphère terrestre où les particules ont été transformées en une mer d'électrons et d'ions chargés électriquement par le rayonnement solaire. L'ionosphère est mêlée aux couches les plus hautes et assez minces de la haute atmosphère neutre de la Terre, faisant de cette région une zone en constante évolution subissant le va-et-vient entre les conditions de la Terre et celles de l'espace. De plus en plus, ces couches d'espace proche de la Terre font partie du domaine humain, car il n'y a pas que des astronautes, mais aux signaux radio utilisés pour guider les avions et les navires, et les satellites qui fournissent nos systèmes de communication et GPS. Comprendre les processus fondamentaux qui régissent notre haute atmosphère et notre ionosphère est crucial pour améliorer la connaissance de la situation qui aide à protéger les astronautes, vaisseau spatial et les humains au sol.
Deux nouvelles missions de la NASA s'associent pour explorer cette zone méconnue, proche de chez nous mais historiquement difficile à observer. Les observations à l'échelle mondiale du membre et du disque, ou OR, instrument lancé à bord d'un satellite de communications commerciales en janvier 2018, et l'explorateur de connexions ionosphériques, ou ICNE, le vaisseau spatial sera lancé plus tard en 2018. Ensemble, ils fourniront les observations les plus complètes de l'ionosphère que nous ayons jamais eues.
Les deux missions offrent des perspectives distinctes mais complémentaires :ICON, en orbite terrestre basse, vole directement à travers et juste au-dessus des régions d'intérêt, capturer des données détaillées à distance et in situ sur les forces qui façonnent cette zone. OR, en orbite géostationnaire au-dessus de l'hémisphère occidental, créera une vue complète de l'ionosphère et de la haute atmosphère toutes les demi-heures, fournir des mesures détaillées à grande échelle des processus connexes - une cadence qui en fait la première mission à pouvoir surveiller le vrai temps de la haute atmosphère, plutôt que les cycles plus longs de son climat. GOLD est également capable de se concentrer sur une région plus étroite et de numériser plus rapidement, pour compléter des plans de recherche supplémentaires au besoin.
Les missions pourraient être comparées à la photographie que nous connaissons sur Terre. GOLD est spécialisé dans les paysages de sa vue 22, 000 milles au-dessus de la surface de la planète et ICON, à 350 milles au-dessus de la Terre, capture des gros plans détaillés. Pendant certaines parties de son orbite, ICON traverse le champ de vision de GOLD et chaque mission obtiendra un instantané unique de la même région. Ce chevauchement de leurs données permet d'identifier plus facilement ce qui a causé un certain changement dans la haute atmosphère à un moment donné.
L'un des objectifs communs des missions est de mesurer systématiquement les changements liés aux conditions météorologiques dans la haute atmosphère. Pour la première fois, nous pourrons voir comment la haute atmosphère change en réponse aux ouragans et aux tempêtes géomagnétiques.
L'ionosphère est une région de particules chargées dans l'espace proche de la Terre qui coexiste avec les gaz neutres dans la haute atmosphère, qui sont parfois façonnés par des événements météorologiques dans la basse atmosphère. Crédit :Goddard Space Flight Center/Duberstein de la NASA
"Nous pensions que seul le vent solaire pouvait affecter l'ionosphère, et seule la basse atmosphère a été affectée par le temps terrestre, " a déclaré Doug Rowland, Scientifique de la mission ICON au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Le vent solaire est le flux constant du Soleil de particules chargées et de matière magnétisée. "Mais maintenant, nous allons voir comment cette énergie se couple."
Plusieurs types d'événements météorologiques terrestres présentent un intérêt particulier. Des scientifiques de l'Université de Californie, Berkeley, par exemple, ont développé un modèle théorique des répercussions d'El Niño sur l'ionosphère. Leur modèle suggère que le réchauffement de l'océan Pacifique provoqué par El Niño provoque une augmentation de la vapeur d'eau, ce qui à son tour augmente la quantité d'énergie solaire absorbée par l'atmosphère. Cette chaleur supplémentaire fait fluctuer et modifier les conditions des vents dans l'ionosphère. Les cyclones tropicaux sont également soupçonnés d'avoir des effets sur l'ionosphère. Les données d'ICON et de GOLD devraient répondre à ces questions et révéler davantage des mécanismes imprévus à l'œuvre.
"Il y a d'énormes efforts de modélisation scientifique associés à ces deux missions, " dit Sarah Jones, Scientifique de la mission OR à la NASA Goddard. "Nous avons déjà des modèles remplis de très bonne science, mais ces nouvelles mesures conduiront à une meilleure compréhension de la physique des modèles."
En plus de travailler ensemble pour déterminer comment différents types d'énergie circulent dans la haute atmosphère, les deux missions ont également leurs propres objectifs de recherche. La science de GOLD se concentre sur l'observation des moteurs du changement :le Soleil, Le champ magnétique terrestre et la basse atmosphère—dans la haute atmosphère. GOLD s'intéresse particulièrement à la façon dont la haute atmosphère réagit aux orages géomagnétiques, qui sont des perturbations temporaires du champ magnétique terrestre déclenchées par l'activité solaire. Pendant la nuit, GOLD examine les perturbations dans l'ionosphère - dense, des bulles imprévisibles de gaz chargé qui apparaissent au-dessus de l'équateur et des tropiques, parfois interférer avec les communications radio.
D'autre part, ICON se concentre sur la façon dont les gaz chargés et neutres dans la haute atmosphère se comportent et interagissent. Plusieurs forces, y compris les changements de vents neutres, gradients de pression et activité solaire — agissent simultanément sur l'ionosphère; ICON a été conçu pour étudier chacun d'eux individuellement, permettant aux scientifiques d'élucider plus facilement les relations de cause à effet.
ICON et GOLD rejoignent une petite flotte d'engins spatiaux qui étudient un vaste système interconnecté de l'espace entourant la Terre et d'autres planètes jusqu'aux limites les plus éloignées des courants de vent solaire du Soleil qui s'écoulent constamment. Une troisième mission de la flotte :la Thermosphère de 16 ans, Ionosphère, Énergétique et dynamique de la mésosphère, ou TEMPORISE, complétera spécifiquement les nouveaux efforts d'étude de la haute atmosphère. TEMPORISE, qui a été lancé en 2001, ne porte pas tous les instruments nécessaires pour analyser le mouvement des particules dans la haute atmosphère qu'ICON et GOLD apportent à l'effort, mais il peut toujours fournir des mesures clés à partir d'un troisième point de vue pour aider les scientifiques à remplir les pièces du puzzle. Ensemble, ils fourniront des informations clés sur la façon dont la haute atmosphère de la Terre se connecte au système spatial dynamique et complexe qui remplit notre système solaire.
