Illustration de ICESat-2. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
L'instrument laser qui a été mis en orbite le mois dernier à bord de la glace de la NASA, Cloud and land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) tiré pour la première fois le 30 septembre. Avec chacun de ses 10, 000 impulsions par seconde, l'instrument envoie 300 billions de photons verts de lumière au sol et mesure le temps de trajet des quelques-uns qui reviennent :la méthode derrière la mission d'ICESat-2 pour surveiller l'évolution de la glace de la Terre. Au matin du 3 octobre, le satellite a renvoyé ses premières mesures de hauteur à travers la calotte glaciaire de l'Antarctique.
"Nous attendions tous avec impatience que les lasers s'allument et que ces premiers photons reviennent, " a déclaré Donya Douglas-Bradshaw, le chef de projet de l'instrument unique d'ICESat-2, appelé système d'altimètre laser topographique avancé, ou ATLAS. "Voir tout fonctionner ensemble de concert est incroyablement excitant. Il y a beaucoup de pièces mobiles et c'est la démonstration que tout fonctionne ensemble."
ICESat-2 a été lancé le 15 septembre pour mesurer avec précision les hauteurs et leur évolution dans le temps. Il le fait en chronométrant le temps qu'il faut aux photons individuels pour quitter le satellite, se refléter sur la surface, et retournez au télescope récepteur sur le satellite. L'instrument ATLAS peut chronométrer les photons avec une précision inférieure au milliardième de seconde, qui permet à la mission de détecter de petits changements dans les calottes glaciaires de la planète, glaciers et glaces de mer.
Une fois ICESat-2 dans l'espace, l'équipe d'ATLAS a attendu pour allumer les lasers pendant environ deux semaines pour permettre à tous les contaminants ou gaz terrestres de se dissiper.
"Il est très critique lorsque vous tirez les lasers que vous n'ayez pas de contaminants car vous pourriez endommager l'optique, " a déclaré Douglas-Bradshaw. " Quatorze jours, c'est bien au-delà du temps nécessaire pour cela, mais nous voulions être en sécurité."
Une visualisation des données ICESat-2, appelé nuage de photons, montre la première série de mesures de hauteur du satellite, pris alors qu'il tournait au-dessus de la calotte glaciaire de l'Antarctique. Chaque point bleu représente un photon détecté par l'instrument ATLAS. Ce nuage de photons montre l'altitude mesurée par les photons au milieu de la calotte glaciaire, suivre le long de 6,2 miles (10 kilomètres) de la piste au sol du satellite, de gauche à droite. Les points mouchetés sont des photons d'arrière-plan de la lumière du soleil, mais la ligne bleue épaisse est en fait une concentration de points qui représentent les photons laser qui sont retournés au satellite ICESat-2. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Pendant ces deux semaines, l'équipe d'exploitation ICESat-2 a allumé et testé les différents systèmes et sous-systèmes de l'engin spatial et de l'instrument, et tiré des propulseurs pour commencer à placer le satellite sur son orbite polaire finale, environ 310 miles (500 kilomètres) au-dessus de la Terre.
Avant même que le laser ne soit allumé, cependant, l'équipe attendait avec impatience une autre étape importante, a déclaré Douglas-Bradshaw. La porte qui protégeait le télescope et les éléments détecteurs lors du lancement a dû être ouverte. L'équipe a eu deux chances de libérer l'une des deux goupilles à ressort pour ouvrir la porte. Cela a été accompli avec succès le 29 septembre.
Le jour suivant, c'était au tour du laser. L'équipe d'ingénierie avait travaillé avec l'équipe d'exploitation qui contrôle l'instrument en orbite, les commandes étaient donc prêtes à fonctionner :allumer d'abord le laser lui-même, en attendant qu'il chauffe, puis en émettant des commandes pour le mettre en mode incendie.
Les niveaux d'énergie laser ont bondi, et l'appareil qui démarre le chronomètre sophistiqué d'ATLAS était actif - deux différents, indicateurs indépendants que le laser était en train de tirer.
"Nous étions tous incroyablement excités et heureux, tout le monde prenait des photos des écrans montrant des graphiques de données, " Douglas-Bradshaw a déclaré. " Quelqu'un a noté:'Maintenant nous avons une mission, maintenant nous avons un instrument.'"
Trois jours plus tard, l'équipe ICESat-2 avait le premier segment de données de hauteur, prises alors que le satellite survolait l'Antarctique.
Les programmeurs informatiques sont restés debout toute la nuit pour analyser la latitude, longitude et altitude représentées par chaque photon qui est revenu à l'instrument ATLAS - et à 6 heures du matin, Tom Neumann, Scientifique adjoint du projet ICESat-2, envoyait par SMS des captures d'écran des données de hauteur au reste de l'équipe.
"C'était génial, " dit Neumann. " L'avoir dans l'espace, et pas seulement simuler des données sur le terrain, est incroyable. C'est de la vraie lumière qui est passée d'ATLAS à la Terre et vice-versa."
Lorsque les scientifiques analysent les données préliminaires d'ICESat-2, ils examinent ce qu'on appelle un "nuage de photons, " ou un tracé de chaque photon détecté par ATLAS. La plupart des points sur un nuage de photons proviennent de photons d'arrière-plan - la lumière naturelle du soleil réfléchie par la Terre exactement à la même longueur d'onde que les photons laser. Mais avec l'aide de programmes informatiques qui analysent les données , les scientifiques peuvent extraire le signal du bruit et identifier la hauteur du sol en dessous.
Le premier nuage de photons généré par ICESat-2 montre une étendue de mesures d'altitude de l'Antarctique oriental, passant près du pôle Sud à une latitude de 88 degrés sud, puis continue entre le glacier Thwaites et le glacier Pine Island dans l'ouest de l'Antarctique.
La prochaine étape pour ICESat-2 est une suite de procédures pour optimiser l'instrument, Neumann a dit, y compris des tests pour s'assurer que le laser pointe à l'angle exactement correct et émet un laser à la longueur d'onde précisément correcte pour permettre à autant de photons que possible d'atteindre le détecteur.
"Cela prendra quelques semaines supplémentaires, " il a dit, "mais environ un mois après le lancement, nous espérons commencer à récupérer d'excellentes données de qualité scientifique."
