Une nouvelle mission de science de la Terre de la NASA dans les premiers stades de la conception peut réaliser une avancée transformationnelle dans notre compréhension du cycle mondial du carbone en cartographiant les concentrations des principaux gaz carboniques à partir d'un nouveau point de vue :l'orbite géostationnaire. Les satellites en orbite géostationnaire voyagent à la même vitesse que la rotation de la Terre, leur permettant de rester au même endroit sur la surface de la Terre à tout moment.

L'Observatoire Géostationnaire du Carbone (GeoCarb), dont le lancement est prévu au début des années 2020, s'appuiera sur le succès de la mission Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA en plaçant un instrument similaire sur un satellite de communication commercial SES-Government Solutions volant en orbite géostationnaire. Sa longitude permettra des observations « d'un bout à l'autre » des Amériques entre 55 degrés de latitude nord et sud, de la pointe sud de la baie d'Hudson à la pointe sud de l'Amérique du Sud. Perché 22, 236 milles (35, 800 kilomètres) au-dessus des Amériques, GeoCarb collectera 10 millions d'observations quotidiennes des concentrations de dioxyde de carbone, méthane, le monoxyde de carbone et la fluorescence induite par le soleil (SIF) à une résolution spatiale d'environ 3 à 6 miles (5 à 10 kilomètres).

L'abondance et la distribution des gaz carbonés dans l'atmosphère sont déterminées à la fois par l'échange de carbone entre les zones terrestres de la Terre, les océans et l'atmosphère, et leur transport par les vents dominants. Ces échanges sont mieux compris en rendant fréquents, observations densément espacées. Alors que les satellites sont héliosynchrones, les orbites terrestres basses polaires comme OCO-2 offrent une couverture mondiale, ils ont de longs temps de revisite, de grandes lacunes dans la couverture, et regardez toujours le paysage à la même heure de la journée. Parce que le temps affecte les écosystèmes sur des échelles de temps de quelques jours à quelques semaines, les satellites en orbite polaire peuvent passer à côté de ces changements et de la manière dont ils s'interconnectent avec les activités des organismes vivants, des informations cruciales pour développer de meilleurs modèles des processus du système terrestre.

"GeoCarb complétera les mesures d'OCO-2 et d'autres satellites en orbite terrestre basse en comblant les lacunes dans les données à la fois dans le temps et dans l'espace, ", a déclaré le chercheur principal Berrien Moore de l'Université d'Oklahoma à Norman. "Ce sera plus une mission de cartographie régionale qu'une mission d'échantillonnage mondiale."

Moore a déclaré que tout comme les satellites météorologiques géostationnaires peuvent s'asseoir et regarder les tempêtes et les cartographier, GeoCarb nous permettra de voir comment différents régimes météorologiques influencent les concentrations de dioxyde de carbone et de méthane. "C'est la puissance qu'apporte une orbite géostationnaire, ", a-t-il déclaré. "Les données d'OCO-2 ont déjà montré que les conditions météorologiques à grande échelle telles que El Niño et La Niña affectent le modèle à grande échelle des concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique, et c'est extrêmement important."

GeoCarb abordera un certain nombre de questions sans réponse dans la science du cycle du carbone, en mettant l'accent sur les Amériques. Par exemple, dans quelle mesure le bassin amazonien élimine-t-il le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le stocke-t-il dans les forêts, et les estimations des émissions de méthane sur la zone continentale des États-Unis sont-elles sous-estimées ?

GeoCarb sera également le premier satellite américain à mesurer le méthane près de la surface de la Terre, informations qui seront utiles pour l'industrie de l'énergie. Les fuites de méthane provenant de la production de gaz naturel coûtent à l'industrie américaine 5 à 10 milliards de dollars par an.

Comme OCO-2, bande spectrale d'oxygène de GeoCarb, qui est nécessaire pour convertir les abondances de gaz carbonique en concentrations, mesurera également le SIF. Cette faible lueur, émis par les molécules de chlorophylle dans les feuilles des plantes, est un indicateur que la photosynthèse - le processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en énergie chimique et capturent le carbone de l'atmosphère - se produit. GeoCarb fera quotidiennement, des mesures quasi mur à mur de SIF dans toutes les conditions météorologiques, permettre aux scientifiques et autres de suivre les effets de la sécheresse sur la photosynthèse dans les forêts, cultures et prairies.

GeoCarb repose sur les fondations posées par OCO-2, qui a été construit par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. Comme OCO-2, GeoCarb utilise un spectromètre à réseau, mais ajoute une quatrième bande spectrale pour mesurer le monoxyde de carbone et le méthane. Il utilisera la même technologie de détection, algorithmes et techniques d'étalonnage comme OCO-2.

"Nous ne serions jamais capables de faire du GeoCarb sans OCO-2, " a déclaré Moore. " En concevant notre instrument, nous avons dit, faisons OCO, mais en orbite géostationnaire. Nous nous appuyons sur le travail de JPL dans la conception et la construction d'OCO-2 et le traitement de ses données. En réalité, de nombreux membres de notre équipe scientifique travaillent également sur la mission OCO-2."

L'instrument GeoCarb visualise la lumière réfléchie de la Terre à travers une fente étroite. Lorsque la fente est projetée sur la surface de la Terre, il voit une zone mesurant environ 1, 740 milles (2, 800 kilomètres) du nord au sud et environ 3,7 miles (6 kilomètres) d'est en ouest. En comparaison, La bande d'OCO-2 mesure environ 10 kilomètres de large. GeoCarb regarde cette zone pendant environ 4-1/2 secondes, puis la fente est déplacée d'une demi-largeur de fente - 1,9 miles, ou 3 kilomètres—à l'ouest, permettant un double échantillonnage. Avec cette technique, GeoCarb peut scanner l'ensemble des États-Unis continentaux en environ 2-1/4 heures, et du Brésil à la côte ouest de l'Amérique du Sud en 2-3/4 heures environ. Il n'est pas conçu pour observer les océans, car la réflectivité au-dessus des océans est trop faible pour fournir des données utiles.

Le créneau orbital exact de GeoCarb sera attribué par SES-Government Solutions. Une fente plus à l'ouest favorisera les observations américaines sur l'Amérique du Sud, et vice versa pour un créneau plus à l'est. À l'avenir, Moore dit que deux à trois autres instruments de type GeoCarb placés en orbite géostationnaire à différentes longitudes pourraient fournir une couverture quasi mondiale du paysage terrestre de la Terre en dehors des pôles.

Moore dit GeoCarb et TEMPO, une autre mission de chimie atmosphérique/qualité de l'air de la NASA actuellement en développement, servent d'éclaireurs pour les géostationnaires, missions d'observation de la Terre de la NASA hébergées commercialement. « Si nous pouvons résoudre les problèmes juridiques et pratiques quotidiens, Je peux voir ces missions changer le visage de la science de la Terre depuis l'espace. Vous n'avez pas à payer pour un vaisseau spatial ou un lanceur séparé. Vous achetez essentiellement un espace de copropriété sur un vaisseau spatial et payez pour la liaison descendante des données. L'avenir ici est très excitant."