Beaucoup de choses ont changé sur le plan technologique depuis que la mission Galileo de la NASA a largué une sonde dans l'atmosphère de Jupiter pour enquêter, entre autres, le moteur thermique entraînant la circulation atmosphérique de la géante gazeuse.

Un scientifique de la NASA et son équipe au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, profitent de ces avancées pour mûrir un plus petit, radiomètre à flux net plus performant. Ce type d'instrument indique aux scientifiques où le chauffage et le refroidissement se produisent dans l'atmosphère d'une planète et définit les rôles des sources de chaleur solaire et interne qui contribuent aux mouvements atmosphériques. Le radiomètre de nouvelle génération est spécifiquement développé pour étudier les atmosphères d'Uranus ou de Neptune, mais pourrait être utilisé sur n'importe quelle cible avec une atmosphère.

De toutes les planètes du système solaire, seuls Uranus et Neptune - appelés les géantes de glace parce qu'ils sont composés principalement de glaces - restent relativement inexplorés. Alors que Voyager 2 prenait des photos des septième et huitième planètes, il n'a pas obtenu les détails époustouflants que les missions Galilée et Cassini ont recueillis sur Jupiter et Saturne. Même la lointaine Pluton a marqué un gros plan avec la mission New Horizons en 2015.

Beaucoup reste à découvrir, dit Shahid Aslam, qui dirige l'équipe de développement de l'instrument de nouvelle génération, un effort financé par les concepts planétaires de la NASA pour l'avancement des observations du système solaire, ou PICASSO, programme.

Les scientifiques savent qu'Uranus et Neptune abritent un manteau d'eau boueuse, ammoniac, et des glaces au méthane, tandis que leurs atmosphères sont constituées d'hydrogène moléculaire, hélium, et le gaz méthane. Cependant, des différences existent dans ces froids mondes extérieurs joviens.

Alors que les températures tombent en dessous de -333,7 degrés Fahrenheit, Le gaz ammoniac gèle en cristaux de glace et tombe de l'atmosphère des deux planètes. Le méthane, un gaz de couleur bleue, devient dominant. Alors que la teneur en méthane atmosphérique est similaire sur les deux planètes, ils ont l'air différents. Uranus apparaît comme un bleu-vert brumeux, tandis que Neptune prend une couleur bleue beaucoup plus profonde. On pense que certains constituants atmosphériques inconnus contribuent à la couleur bleue plus profonde de Neptune, dit Aslam.

Aussi, Uranus manque de chaleur interne. Par conséquent, ses nuages ​​sont froids et ne s'élèvent pas au-dessus de la couche de brume supérieure. Neptune, d'autre part, rayonne autant d'énergie qu'elle en reçoit du Soleil. Cette énergie interne donne à Neptune un actif, ambiance dynamique, se distingue par des ceintures sombres et des nuages ​​brillants de glace de méthane et des tempêtes cycloniques.

Parce que la NASA n'a jamais effectué de mission dédiée aux géants de glace, les détails de la physique à l'origine de ces conditions atmosphériques restent insaisissables, dit Aslam.

Il pense que le nouvel instrument pourrait apporter des réponses.

C'est le successeur d'un instrument de type similaire qui recueillait des données sur les conditions atmosphériques de Jupiter avant d'être écrasé par la pression atmosphérique de Jupiter en décembre 1995. Au cours de cette périlleuse, Balade de 58 minutes au plus profond de l'atmosphère de la planète, Le radiomètre à flux net de Galileo - l'un des nombreux montés à l'intérieur de la sonde - mesurait le rayonnement qui a atteint la planète depuis le Soleil au-dessus ainsi que le rayonnement thermique ou la chaleur générée par la planète elle-même en dessous. Ces mesures du haut et du bas ont aidé les scientifiques à calculer la différence entre les deux, une mesure appelée flux net.

En plus de fournir des détails sur le chauffage et le refroidissement atmosphériques, les données de flux net révèlent des informations sur les couches nuageuses et leur composition chimique. "Réellement, vous pouvez apprendre beaucoup des données de flux net, en particulier les sources et les puits de rayonnement planétaire, " a déclaré Aslam.

Comme son prédécesseur, L'instrument d'Aslam ferait un plongeon suicidaire à travers les atmosphères d'Uranus ou de Neptune. Mais comme il a fait sa descente, il recueillerait des informations sur ces régions mal comprises avec plus de précision et d'efficacité, dit Aslam. "Matériel disponible, filtres, détecteurs électroniques, calcul de vol, et la gestion et le traitement des données se sont tous améliorés. Franchement, nous avons une meilleure technologie tout autour. Il est clair qu'il est temps maintenant de développer la prochaine génération de cet instrument pour les futures sondes d'entrée dans l'atmosphère, " il a dit.

Au lieu d'utiliser des détecteurs pyroélectriques employés sur Galileo, par exemple, Aslam envisage l'utilisation de capteurs à thermopile, qui convertissent la chaleur ou les longueurs d'onde infrarouges ou la chaleur en signaux électriques. L'avantage est que les circuits de thermopile sont moins sensibles aux perturbations et au bruit électrique.

L'équipe d'Aslam ajoute également deux canaux infrarouges supplémentaires pour mesurer la chaleur, portant le total à sept, et deux angles de vision supplémentaires avec lesquels collecter ces longueurs d'onde et aider à modéliser la diffusion de la lumière. Lorsque la lumière se diffuse dans un champ de vision en raison d'interactions avec des aérosols et des particules de glace, la diffusion peut contaminer les mesures dans un autre champ de vision. Cela donne aux scientifiques une image faussée de ce qui se passe lorsqu'ils analysent les données.

Par ailleurs, le champ de vision plus étroit de l'instrument révélera plus de détails sur les nuages ​​​​et les couches atmosphériques de la planète au fur et à mesure que l'instrument descendra. Tout aussi important, l'instrument est plus petit et ses capteurs utilisent des circuits intégrés modernes spécifiques à l'application qui prennent en charge un échantillonnage de données rapide, dit Aslam.