C'était le milieu de l'après-midi, mais il faisait sombre dans un quartier de Boulder, Colorado le 3 août, 1998. Un nuage épais est apparu au-dessus et a obscurci la terre en dessous pendant plus de 30 minutes. Des radiomètres bien calibrés ont montré qu'il y avait de très faibles niveaux de lumière atteignant le sol, suffisamment bas pour que les chercheurs décident de simuler cet événement intéressant avec des modèles informatiques. Maintenant en 2017, inspiré par l'événement à Boulder, Les scientifiques de la NASA exploreront l'éclipse solaire de la Lune pour en savoir plus sur le système énergétique de la Terre.

Le 21 août, 2017, les scientifiques se tournent vers l'éclipse solaire totale de cette année passant à travers l'Amérique pour améliorer nos capacités de modélisation de l'énergie de la Terre. Guoyong Wen, un scientifique de la NASA travaillant pour la Morgan State University à Baltimore, dirige une équipe pour recueillir des données du sol et des satellites avant, pendant et après l'éclipse afin qu'ils puissent simuler l'éclipse de cette année à l'aide d'un modèle informatique avancé, appelé modèle de transfert radiatif en 3D. En cas de succès, Wen et son équipe aideront à développer de nouveaux calculs qui améliorent nos estimations de la quantité d'énergie solaire atteignant le sol, et notre compréhension de l'un des acteurs clés de la régulation du système énergétique de la Terre, des nuages.

Le système énergétique de la Terre est dans une danse constante pour maintenir un équilibre entre le rayonnement entrant du soleil et le rayonnement sortant de la Terre vers l'espace, que les scientifiques appellent le bilan énergétique de la Terre. Le rôle des nuages, à la fois épais et mince, est important dans leur effet sur le bilan énergétique.

Comme un nuage géant, la lune lors de l'éclipse solaire totale de 2017 projettera une grande ombre sur une partie des États-Unis. Wen et son équipe connaissent déjà les dimensions et les propriétés de blocage de la lumière de la lune, mais utilisera des instruments au sol et spatiaux pour apprendre comment cette grande ombre affecte la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la Terre, surtout autour des bords de l'ombre.

"C'est la première fois que nous pouvons utiliser des mesures depuis le sol et depuis l'espace pour simuler l'ombre de la lune traversant la face de la Terre aux États-Unis et calculer l'énergie atteignant la Terre, " a déclaré Wen. Les scientifiques ont déjà effectué des mesures atmosphériques approfondies lors d'éclipses, mais c'est la première opportunité de collecter des données coordonnées depuis le sol et depuis un vaisseau spatial qui observe toute la Terre éclairée par le soleil pendant une éclipse, grâce au Deep Space Climate Observatory de la National Oceanic and Atmospheric Administration (DSCOVR) lancé en février 2015.

Même si la lune bloquant le soleil pendant une éclipse solaire et les nuages ​​bloquant la lumière du soleil à la surface de la Terre sont deux phénomènes différents, les deux nécessitent des calculs mathématiques similaires pour comprendre avec précision leurs effets. Wen prévoit que cette expérience contribuera à améliorer les calculs des modèles actuels et notre connaissance des nuages, spécifiquement plus épais, nuages ​​de basse altitude qui peuvent couvrir environ 30 pour cent de la planète à un moment donné.

Dans cette expérience, Wen et son équipe simuleront l'éclipse solaire totale dans un modèle de transfert radiatif en 3D, qui aide les scientifiques à comprendre comment l'énergie se propage sur Terre. Actuellement, les modèles ont tendance à représenter les nuages ​​dans une dimension. Dans de nombreux cas, ces calculs unidimensionnels peuvent créer des modèles scientifiques utiles pour comprendre l'atmosphère. Parfois cependant, un calcul en trois dimensions est nécessaire pour fournir des résultats plus précis. La grande différence est que les nuages ​​3D réfléchissent ou diffusent l'énergie solaire dans de nombreuses directions, du haut et du bas, et aussi hors des flancs des nuages. Ce comportement 3-D entraîne des quantités d'énergie atteignant le sol différentes de celles qu'un modèle unidimensionnel pourrait prédire.

"Nous testons la capacité de faire un certain type de calcul complexe, un test d'une technique mathématique 3D, pour voir s'il s'agit d'une amélioration par rapport à la technique précédente, " a déclaré Jay Herman, scientifique du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et co-investigateur du projet. « Si cela réussit, alors nous aurons un meilleur outil à mettre en œuvre dans les modèles climatiques et pourrons l'utiliser pour répondre aux questions et au bilan énergétique et climatique de la Terre. » Pour la prochaine éclipse, Wen et les membres de son équipe seront stationnés à Casper, Wyoming, et Colombie, Missouri pour recueillir des informations sur la quantité d'énergie transmise vers et depuis la Terre avant, pendant et juste après l'éclipse avec plusieurs instruments au sol.

Une base au sol, L'instrument de spectromètre Pandora développé par la NASA fournira des informations sur la quantité de longueur d'onde de lumière présente, et un pyranomètre mesurera l'énergie solaire totale de toutes les directions descendant vers la surface. Immédiatement avant et après l'éclipse, les scientifiques mesureront d'autres informations telles que la quantité de gaz traces absorbants dans l'atmosphère, comme l'ozone, le dioxyde d'azote et les petites particules d'aérosol à utiliser également dans le modèle 3D.

Pendant ce temps dans l'espace, La caméra d'imagerie polychromatique de la Terre de la NASA, ou EPIC, instrument à bord du vaisseau spatial DSCOVR, observera la lumière quittant la Terre et permettra aux scientifiques d'estimer la quantité de lumière atteignant la surface de la Terre. En outre, Les deux instruments satellites MODIS de la NASA, à bord des satellites Terra et Aqua de l'agence, lancé en 1999 et 2002, respectivement, fournira des observations des conditions atmosphériques et de surface avant et après l'éclipse. Les scientifiques combineront ensuite les mesures au sol avec celles observées par la sonde spatiale.

Cette expérience complète l'engagement de la NASA depuis des décennies à observer et à comprendre les contributions au bilan énergétique de la Terre. Depuis plus de 30 ans, La NASA a mesuré et calculé la quantité d'énergie solaire atteignant le sommet de notre atmosphère, la quantité d'énergie solaire réfléchie vers l'espace et la quantité d'énergie thermique émise par notre planète vers l'espace. Ces mesures ont été possibles grâce à des instruments et des missions comme ACRIMSAT et SOLSTICE (lancés en 1991), et SORCE, lancé en 2003 ainsi que la série d'instruments CERES embarqués à bord de Terra, Aqua, et Suomi-NPP (lancé en 2011).

Cet automne, La NASA continuera de surveiller la relation Soleil-Terre en lançant le capteur d'irradiation solaire totale et spectrale-1, ou TSIS-1, à la Station spatiale internationale et au sixième instrument CERES Clouds and the Earth's Radiant Energy System, CERES FM6, en orbite plus tard cette année. Cinq instruments CERES sont actuellement en orbite à bord de trois satellites.