Une paire de nouveaux vaisseaux spatiaux qui observeront le cycle de l'eau en constante évolution de notre planète, les calottes glaciaires et la croûte sont en préparation finale pour un lancement en Californie au plus tôt samedi, 19 mai. La mission Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), un partenariat entre la NASA et le Centre allemand de recherche en géosciences (GFZ), reprendra là où la première mission GRACE s'est arrêtée lorsqu'elle a achevé sa mission de 15 ans en 2017.

GRACE-FO continuera de surveiller les changements mensuels dans la distribution de la masse dans et entre l'atmosphère terrestre, océans, terres et calottes glaciaires, ainsi qu'à l'intérieur de la Terre solide elle-même. Ces données fourniront des informations uniques sur le changement climatique de la Terre, Les processus du système terrestre et même les impacts de certaines activités humaines, et aura des avantages considérables pour la société, comme l'amélioration de la gestion des ressources en eau.

"L'eau est essentielle à tous les aspects de la vie sur Terre - pour la santé, pour l'agriculture, pour maintenir notre mode de vie, " a déclaré Michael Watkins, Responsable scientifique GRACE-FO et directeur du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. "Vous ne pouvez pas bien le gérer tant que vous ne pouvez pas le mesurer. GRACE-FO fournit un moyen unique de mesurer l'eau dans plusieurs de ses phases, nous permettant de gérer plus efficacement les ressources en eau.

Comme GRACE, GRACE-FO utilisera une technique innovante pour observer quelque chose qui ne peut pas être vu directement de l'espace. Il utilise le poids de l'eau pour mesurer son mouvement, même l'eau cachée loin sous la surface de la Terre. GRACE-FO le fera en mesurant très précisément les changements de forme du champ de gravité terrestre provoqués par le mouvement de quantités massives d'eau, glace et terre solide.

"Quand l'eau est souterraine, il est impossible d'observer directement depuis l'espace. Il n'y a pas de photo que vous puissiez prendre ou de radar que vous puissiez rebondir sur la surface pour mesurer les changements dans cette eau profonde, " dit Watkins. " Mais il a une masse, et GRACE-FO est presque le seul moyen que nous ayons de l'observer à grande échelle. De la même manière, le suivi des changements dans la masse totale des calottes glaciaires polaires est également très difficile, mais GRACE-FO met essentiellement une "échelle" sous eux pour suivre leurs changements au fil du temps."

Un héritage de découvertes

GRACE-FO prolongera l'enregistrement de données GRACE de cinq années supplémentaires et élargira son héritage de réalisations scientifiques. GRACE a fait la chronique de la perte continue de masse des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique et des glaciers de montagne. Cette richesse de données éclaire les processus clés, la variabilité à court terme et les tendances à long terme qui ont un impact sur l'élévation du niveau de la mer, contribuer à améliorer les projections du niveau de la mer. Les estimations du stockage total d'eau sur terre dérivées des données GRACE, des changements des eaux souterraines dans les aquifères profonds aux changements de l'humidité du sol et des eaux de surface, offrent aux gestionnaires de l'eau de nouveaux outils pour mesurer l'impact des sécheresses et surveiller et prévoir les inondations.

Les données GRACE ont également été utilisées pour déduire des changements dans les courants océaniques profonds, une force motrice dans le climat de la Terre. Ses données de profil de température atmosphérique, dérivé de mesures de la façon dont les signaux de la constellation de satellites GPS ont été courbés lors de leur déplacement dans l'atmosphère et reçus par les antennes des satellites GRACE, ont contribué aux produits de prévisions météorologiques américains et européens. Les données GRACE ont même été utilisées pour mesurer les changements au sein de la Terre solide elle-même, y compris la réponse de la croûte terrestre au recul des glaciers depuis la dernière période glaciaire, et l'impact des grands tremblements de terre.

Selon Frank Webb, Chargée de mission GRACE-FO au JPL, la nouvelle mission fournira des observations inestimables des changements de masse liés au climat à long terme.

« La seule façon de savoir avec certitude si les tendances pluriannuelles observées représentent des changements à long terme du bilan massique est de prolonger la durée des observations, " dit Webb.

Un chat et une souris en orbite

Comme ses prédécesseurs, les deux satellites GRACE-FO identiques fonctionneront comme un seul instrument. Les satellites orbitent autour de la Terre à environ 220 kilomètres l'un de l'autre, à une altitude initiale d'environ 305 miles (490 kilomètres). Chaque satellite envoie continuellement des signaux micro-ondes à l'autre pour mesurer avec précision les changements de distance entre eux. Alors qu'ils survolent une énorme caractéristique de la Terre, comme une chaîne de montagnes ou un aquifère souterrain, l'attraction gravitationnelle de cette caractéristique tire sur les satellites, changer la distance qui les sépare. En suivant les changements de leur distance de séparation avec une précision incroyable, inférieure à l'épaisseur d'un cheveu humain, les satellites sont capables de cartographier ces changements de gravité régionaux.

Un récepteur GPS est utilisé pour suivre la position de chaque engin spatial par rapport à la surface de la Terre, et les accéléromètres embarqués enregistrent les forces non gravitationnelles sur le vaisseau spatial, comme la traînée atmosphérique et le rayonnement solaire. Ces données sont combinées pour produire des cartes mensuelles des changements régionaux de la gravité mondiale et des variations de masse correspondantes près de la surface, qui reflètent principalement des changements dans la répartition de la masse d'eau dans l'atmosphère terrestre, océans, terres et calottes glaciaires.

En outre, GRACE-FO testera un interféromètre laser télémétrique expérimental, un instrument qui pourrait augmenter la précision des mesures entre les deux engins spatiaux d'un facteur 10 ou plus, pour de futures missions similaires à GRACE. L'interféromètre, développé par une équipe instrumentiste germano-américaine, sera la première démonstration spatiale d'interférométrie laser entre satellites.

« L'interféromètre de télémétrie laser est un excellent exemple d'un excellent partenariat, " a déclaré Frank Flechtner, Chef de projet GRACE-FO de GFZ. "Je suis impatient d'analyser ces données de télémétrie inter-satellites innovantes et leur impact sur la modélisation du champ de gravité."

GRACE-FO sera lancé en orbite avec cinq satellites de communication Iridium NEXT sur une fusée SpaceX Falcon 9 achetée dans le commerce à partir de la base aérienne de Vandenberg en Californie. Ce lancement unique de « covoiturage » déploiera dans un premier temps GRACE-FO, puis le deuxième étage du Falcon 9 continuera sur une orbite plus élevée pour déployer les satellites Iridium.