L'un des éléments clés du système climatique de la Terre est la cryosphère – les nombreuses formes de glace que l'on trouve sur Terre. Deux nouvelles missions de la NASA utilisent des technologies différentes pour aider les scientifiques à mieux comprendre comment l'eau gelée affecte notre planète. Les deux continueront les enregistrements de données satellitaires qui ont grandement amélioré notre compréhension des régions gelées de la Terre.

Rencontrez GRACE Follow-On (GRACE-FO), et ICESat-2.

La mission GRACE-FO, qui a été lancé le 22 mai, 2018 à bord d'une fusée SpaceX Falcon 9, est un partenariat avec le Centre de recherche allemand pour les géosciences. Comme la mission GRACE précédente, qui a fonctionné de 2002 à 2017, la paire de satellites GRACE-FO mesure d'infimes variations du champ gravitationnel de la Terre pour déterminer comment la masse se déplace autour de notre planète au fil du temps.

Dr Frank Webb, Le scientifique du projet GRACE-FO du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA explique :"Les mesures de GRACE-FO montrent la migration de masse d'un endroit sur Terre à un autre - quelles régions de la Terre gagnent en masse et lesquelles en perdent. Il est suffisamment sensible pour voir de petits changements dans la distribution de la glace et de l'eau, qui nous permet de comprendre les tendances et les moteurs du cycle de l'eau, y compris les contributions des calottes glaciaires à l'élévation du niveau de la mer."

Alors que les calottes glaciaires fondent, ils perdent de la masse, qui modifie légèrement la gravité terrestre, changer les forces contrôlant les orbites des satellites. Les deux satellites GRACE-FO orbitent à ~135 miles (220 km) l'un de l'autre, avec un satellite menant l'autre. Si le satellite de tête rencontre un changement de gravité, sa vitesse change de même que sa distance relative au satellite arrière.

Des micro-ondes et des lasers sont utilisés pour mesurer les minuscules changements de distance entre les deux satellites dans un jeu constant du chat et de la souris. En prenant des mesures de plusieurs passages au même endroit, les scientifiques peuvent créer des cartes du champ gravitationnel de cet endroit. Sur les régions gelées de la Terre, ces informations montrent où les calottes glaciaires et les glaciers gagnent ou perdent de la masse.

Alors que GRACE-FO donne une vision globale des changements dans la répartition des masses sur Terre, ICESat-2 fournira des mesures complémentaires de la hauteur de la calotte glaciaire.

ICESat-2, dont le lancement est prévu à l'automne 2018, est un satellite unique exploité à partir du Goddard Space Flight Center de la NASA qui utilise son laser pour projeter des faisceaux de lumière vers la Terre. Les scientifiques peuvent déterminer l'altitude d'un emplacement en mesurant le temps de trajet de ces impulsions laser.

La mission d'origine ICESat, qui a fonctionné de 2003 à 2010, utilisé un seul faisceau laser. ICESat-2 utilise 6 faisceaux pour améliorer la précision et la résolution. L'utilisation de 6 faisceaux donne aux scientifiques plusieurs points de données dans l'empreinte du laser, leur permettant de mesurer la pente d'une zone, puis de séparer les données de pente statiques des changements d'altitude de la zone au fil du temps.

Pourquoi ces informations sur l'altitude sont-elles importantes ? Dr Thorsten Markus, chef du laboratoire des sciences cryosphériques à Goddard explique, "L'orbite d'ICESat-2 répète les mesures tous les 90 jours, ce qui nous permet de voir le changement tout en aidant à déterminer les moteurs de ce changement. Par exemple, est-ce que la fonte dans une région est contrebalancée par les chutes de neige dans une autre ? »

Grace-FO et ICESat-2 seront les dernières missions de la NASA utilisées pour étudier la cryosphère et son rôle dans le système Terre. En plus de leurs objectifs cryosphériques, ces satellites fournissent des informations importantes sur le comportement d'autres composants du système terrestre, comme les changements dans les eaux souterraines stockées pour GRACE-FO et la structure de l'écosystème pour ICESat-2. La capacité de ces capteurs à traiter plusieurs composants du système terrestre est un bon exemple de la façon dont la NASA traite la Terre comme un complexe, système d'interaction.