COSMIC est constitué d'une constellation de six microsatellites, le premier à utiliser l'occultation radio. Illustration avec l'aimable autorisation d'Orbital Sciences Corporation Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi votre appareil GPS (Global Positioning System) vous place parfois au milieu d'un bâtiment, quand tu es à peu près sûr d'être toujours dans la rue ou sur le trottoir ? Frustrant, Oui, mais le problème ne vient pas de la précision du réseau GPS lui-même (les emplacements des satellites GPS sont connus assez précisément). Le problème vient des distorsions du signal GPS causées par l'atmosphère qui vous entoure. Température, la pression et l'humidité de l'air - et même les variations électriques dans la haute atmosphère - ont tous un effet cumulatif sur le signal GPS au moment où il atteint votre position.
Transformer le vice en vertu, COSMIQUE est un projet commun révolutionnaire des États-Unis et de Taïwan qui écoute la distorsion du signal GPS et calcule des informations pouvant être utilisées pour améliorer les prévisions météorologiques, prédire le changement climatique et surveiller l'évolution du magnétisme de la Terre.
En utilisant un concept développé dans les années 1960 pour la mission Mariner IV vers Mars, et sur la base du succès d'une expérience préliminaire de preuve de concept (Global Positioning System/Météorologie, ou GPS/MET) à la fin des années 90, l'University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) à Boulder, Colo., et l'Organisation spatiale nationale de Taiwan (NSPO) a conclu un accord en 2001 pour développer un programme expérimental plus robuste. Bien que son titre officiel soit Formosa Satellite Mission #3/Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphère et Climat (FORMOSAT-3/COSMIC), il est généralement appelé aux États-Unis simplement COSMIC. La NSPO fournit 80 pour cent du financement de 100 millions de dollars pour le projet, avec UCAR et d'autres agences américaines fournissant le reste [source :Henson].
Peut-être plus intéressant que le nom de COSMIC est ce qu'il propose de faire. Sa mission de cinq ans est de montrer qu'il ne faut pas beaucoup de ressources pour fournir le type de science fondamentale nécessaire pour redéfinir la météorologie et commencer à constituer les archives de données climatologiques précises nécessaires pour améliorer les modèles climatiques existants. Cela nous en apprendra beaucoup sur le changement climatique.
Finalement, les observations faites par COSMIC pourraient nous permettre de prédire les ouragans, sécheresses, d'autres catastrophes naturelles majeures et même des orages avec beaucoup plus de précision.
Prochain, examinons les différents composants qui composent COSMIC.
Contenu
COSMIC a été lancé le 14 avril 2006 de la base aérienne de Vandenberg en Californie. Photo gracieuseté d'Orbital Sciences Corporation COSMIC se compose d'un réseau de satellites, stations au sol et centres de données.
Satellites
Lancé le 14 avril, 2006 sur une seule fusée Minotaure, la "constellation" de six de forme cylindrique Microsatellites COSMIC a mis entre un et deux ans pour atteindre l'altitude et la position opérationnelles [sources :site Web COSMIC, Fong]. Chaque satellite pèse environ 110 livres (70 kilogrammes) et mesure environ 46 pouces (116 centimètres) de large et 7 pouces (18 centimètres) de haut, et chacun transporte le même ensemble de trois instruments à bord. Nous aborderons ces instruments et ce qu'ils font un peu plus tard, mais d'une manière générale, ces satellites effectuent chaque jour des mesures détaillées dans l'atmosphère.
Les satellites COSMIC sont en orbite polaire, ce qui signifie que lors de chaque voyage autour de la planète, ils passent par les deux pôles. Séparé par 30 degrés de longitude et opérant à environ 500 miles (800 kilomètres) au-dessus de la planète, les satellites ensemble sont optimisés pour couvrir toute la surface de la Terre le plus souvent possible [source :Anthes].
Parce que l'approche de la mission est nouvelle et limitée à six satellites, des problèmes techniques surviennent parfois. À n'importe quel moment, plusieurs des satellites connaissent une faible puissance ou d'autres problèmes techniques, limitant leur fonctionnalité et le nombre d'observations que les instruments à bord peuvent faire. La durée de vie projetée des satellites est de cinq ans [source :Fong].
Stations au sol
Les données transmises par les satellites sont collectées par stations au sol en Alaska, Virginie, Norvège et Antarctique, la plupart des téléchargements ayant lieu en Alaska et en Norvège [source :Hunt]. Ces stations au sol relaient ensuite les informations vers les centres de données. Le Multi-Mission Center (MMC) situé à Taïwan contrôle le mouvement des satellites eux-mêmes [source :Schreiner].
Centres de données
Les données reçues par les stations au sol sont transmises au centres de données à Taïwan et à Boulder. Aux Etats-Unis, le centre de données s'appelle le Centre d'analyse et d'archivage des données COSMIC (CDAAC), où une équipe de 10 personnes traite et diffuse les données de la mission à la communauté scientifique.
Mais quelles données sont réellement collectées, et comment cela se fait-il ? La page suivante explique exactement ce qu'il y a à bord de chaque satellite COSMIC.
Avant d'explorer les rouages de COSMIC, il est utile de connaître quelques détails sur l'atmosphère terrestre que la plupart d'entre nous avons appris à l'école mais qu'ils ont peut-être oubliés. L'ambiance n'est pas trop différente d'un gâteau d'anniversaire à plusieurs étages, avec chaque couche posée sur la suivante, sauf qu'inhaler de l'air dans l'atmosphère ne vous donnera pas souvent mal au ventre. Aussi, les lignes de démarcation entre les couches atmosphériques ne sont pas aussi bien définies que les couches de glaçage au chocolat crémeux. Le niveau le plus bas de l'atmosphère s'appelle le troposphère . Il se compose de l'air que nous respirons chaque jour et c'est là que se produisent la plupart des événements que nous associons à la météo. Cette couche va du sol jusqu'à environ 6,2 miles (10 kilomètres) au-dessus de la surface de la Terre.
Au-dessus se trouve le stratosphère , qui s'étend d'environ 6,2 à 20 miles (10 à 30 kilomètres) au-dessus de la Terre. Initialement pensé pour être très stable, le réchauffement ou le refroidissement de l'air dans la stratosphère est maintenant connu pour provoquer des changements importants dans les régimes météorologiques dans la troposphère, faisant de ce domaine un sujet d'étude extrêmement intéressant [source :Yalda].
La dernière chose que nous devons savoir est la ionosphère , qui se compose de l'ionisé, ou facturé, particules dans la haute atmosphère commençant à environ 50 miles (80 kilomètres) au-dessus de la Terre. Le rayonnement solaire intense à cette altitude déloge les électrons des molécules dans l'air, électrifier l'atmosphère [source :UCAR]. Si vous avez vu les aurores boréales, vous avez vu l'ionosphère en action.
Maintenant que nous avons une meilleure compréhension de ce que COSMIC regarde, explorons les instruments qu'il utilise pour obtenir la meilleure vue.
Météo spatialeLes instruments TIP et TBB de COSMIC qui étudient l'ionosphère fournissent le type d'informations essentielles à une meilleure compréhension et connaissance de la « météo spatiale ». La météo spatiale est ce qui se produit lorsque des éruptions solaires frappent le champ magnétique terrestre et chargent l'ionosphère. Cela provoque un phénomène pacifique, comme les impressionnantes aurores boréales, qui peut souvent être vu depuis les latitudes les plus septentrionales de la Terre. Cependant, il peut aussi provoquer de violentes éruptions solaires, qui sont connus pour détruire les satellites, désactiver les instruments électriques sur Terre, et potentiellement nuire aux astronautes dans l'espace. En savoir le plus possible sur l'ionosphère peut nous aider à anticiper ces tempêtes et à prévenir ou minimiser les dommages qu'elles causent.
Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) de COSMIC interceptent les signaux radio GPS pour mesurer leur courbure et le retard du signal lorsqu'ils traversent l'atmosphère. Illustration avec l'aimable autorisation de Broad Reach Engineering L'un des aspects les plus intéressants de COSMIC est la façon dont il utilise les signaux GPS traditionnels qui existent déjà pour recueillir des informations sur les conditions atmosphériques à environ 0,6 mile (1 kilomètre) au-dessus du sol et plus haut [source :Schreiner]. En utilisant son Récepteur d'occultation radio (RO) , le satellite détecte un signal GPS lorsqu'il commence à traverser l'atmosphère terrestre. Parce que le satellite COSMIC sait exactement où se trouve réellement le satellite GPS, il peut prendre de la disto, ou réfraction, causé par l'atmosphère pour calculer la température, pression de l'air, l'humidité et même la densité électronique sur un point précis du sol.
Chaque observation utilisant ces données donne un "profil vertical" sur un point spécifique du sol. Ces observations sont faites jusqu'à 2, 500 fois par jour, qui, au fil du temps, produit une image tridimensionnelle détaillée de l'atmosphère.
COSMIC à bord Petit photomètre ionosphérique (TIP) cartographie l'ionosphère terrestre avec plus de précision qu'auparavant. C'est peut-être minuscule, mais il permet également l'observation continue de l'ionosphère à la longueur d'onde de 135,6 nanomètres dans l'ultraviolet lointain.
Alors que le récepteur RO fournit des données de nature verticale (mesure de l'atmosphère à partir du sol en trois dimensions), l'instrument TIP cartographie l'ionosphère de manière horizontale, ou en deux dimensions [source :Dymond]. Le TIP ne fonctionne que la nuit en raison des interférences causées par le rayonnement ultraviolet solaire [source :Anthes].
Cartographie également l'ionosphère, mais fournissant à la fois des données horizontales et verticales, est le Balise tri-bande (TBB) . Le TBB fonctionne en émettant un signal directement du satellite vers les stations réceptrices, déterminant ainsi la densité électronique de l'ionosphère. Un nombre limité de stations de réception a été installé le long de l'axe nord-sud de l'orbite polaire en Asie de l'Est et en Amérique du Nord et du Sud [source :Anthes].
Travaillant en liaison avec les stations réceptrices qu'il traverse, et en utilisant les données de densité électronique des deux autres instruments à bord, le TBB fournit un modèle 3-D détaillé de l'ionosphère [sources :Dymond, Bernhardt].
Les six récepteurs RO en collectent jusqu'à 2, 500 observations par jour lorsque tous les satellites sont opérationnels [source :site Web COSMIC]. Le TIP et le TBB scannent en permanence et offrent une couverture continue.
Sur la page suivante, nous examinerons certaines des façons dont les données collectées par COSMIC sont utilisées aujourd'hui, et quel pourrait être l'avenir de ce programme.
La mission première de COSMIC est de prouver que l'utilisation de l'occultation radio et des constellations de satellites fournit des données utiles sur notre atmosphère [source :Anthes]. Déjà, les données de la mission ont été utilisées pour prévoir plus précisément les tempêtes tropicales. En 2006, La tempête tropicale Ernesto s'est formée dans l'océan Atlantique. Les modèles de prévision météorologique traditionnels n'ont pas réussi à prédire la formation de la tempête, mais en ajoutant des données COSMIC au modèle, les prédictions sur la formation de la tempête étaient très similaires à ce qui a été réellement observé [source :Anthes].
Peut-être encore plus important est de savoir comment cela peut nous aider à comprendre le changement climatique. Comme nous l'avons décrit précédemment, les mesures d'occultation radio créent des profils verticaux de l'atmosphère. Parce que ces mesures ne reposent sur aucune technologie spécifique pour être interprétées, ils sont idéaux pour une comparaison à long terme. Du côté négatif, difficultés à séparer les différents effets de la température, la pression et l'humidité limitent l'utilité de certaines données en dessous de 8 kilomètres et au-dessus de 25 kilomètres pour la recherche climatique [source :Anthes].
Essentiellement, COSMIC pousse un concept au-delà du stade de l'idée et montre que cette technologie peut fournir des résultats utiles. UCAR organise un atelier annuel pour permettre aux scientifiques de partager des informations et d'en savoir plus sur l'utilisation des données. La technologie et la méthode ne sont pas nouvelles, mais en fait, disposer de ce type de données à grande échelle l'est.
Les deux centres de données de COSMIC sont chargés de fournir les informations (gratuitement) à la communauté scientifique internationale. Depuis avril 2010, il y avait plus de 1, 100 utilisateurs de 54 pays [source :Schreiner]. Les scientifiques utilisent ces données pour améliorer leurs recherches et apprendre à intégrer plus précisément ce type d'informations dans leur travail.
Vous avez des recherches atmosphériques pour lesquelles vous aimeriez utiliser les données ? L'inscription est gratuite sur le site Internet du CDAAC, mais vous devrez leur faire savoir comment vous allez utiliser les informations.
COSMIC est financé jusqu'en 2011, avec une possibilité de poursuite du financement par la suite [source :Schreiner]. Une fois la mission terminée, ce n'est pas tout à fait certain quoi, si quoi que ce soit, le remplacera. UCAR et NSPO espèrent tous deux obtenir un soutien pour un programme soutenu avec deux à quatre fois plus de satellites faisant la même chose, mais offrant une couverture beaucoup plus complète que ce qui est possible avec seulement six satellites. Si ces espoirs se réalisent, les prévisions météorologiques pourraient devenir si précises que les gens pourraient simplement avoir à trouver quelque chose en plus des prévisions locales pour plaisanter.
Pour plus d'informations sur les satellites, prévisions météo et plus, visitez les liens sur la page suivante.
Chronologie COSMIQUE1965 -- La radio-occultation (RO) utilisée pour la première fois pour étudier Mars
1988 -- Première suggestion d'utiliser cette méthode pour étudier l'atmosphère terrestre
1995-1997 -- MicroLab-1 fournit la première mission RO vers la Terre
2001 -- Début du programme FORMOSAT-3/COSMIC
2006 -- Lancement des satellites COSMIC
2011 -- Le programme COSMIC se termine
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Sources
