Simulation de courants de surface océanique à haute résolution comme prévu par la mission SKIM candidate Earth Explorer 9 de l'ESA. Le satellite emporterait un nouvel altimètre radar multifaisceaux à balayage large pour mesurer les courants océaniques à la surface. Unique, il utilise une technique Doppler, qui offre des mesures plus directes que les altimètres satellites conventionnels. Ces nouvelles mesures amélioreraient notre compréhension de la dynamique verticale et horizontale de l'océan à la surface de l'océan mondial tous les quelques jours. Cela conduirait à une meilleure connaissance de la façon dont l'océan et l'atmosphère interagissent - par exemple, comment le dioxyde de carbone atmosphérique est attiré dans l'océan. Crédit :ESA
La masse est constamment redistribuée autour de notre planète, comme l'atmosphère terrestre, les océans et autres plans d'eau sur et sous la surface fondent, déplacer et remuer. Cette redistribution de masse modifie le centre de gravité de la Terre, qui à son tour accélère et ralentit la rotation de la planète - et donc la durée du jour - ainsi que le changement d'orientation de son axe de rotation. Ces changements de rotation et d'orientation de la Terre se produisent sur des échelles de temps relativement courtes de jours et de semaines, et menacent la communication entre les stations au sol et les missions en orbite et à travers le système solaire.
L'ESA travaille sur son propre algorithme pour prédire l'orientation de la Terre avec une extrême précision. Les premiers tests montrent que le nouvel algorithme de l'ESA surpasse ceux utilisés aujourd'hui par des fournisseurs externes, marquant une étape importante pour garantir l'accès indépendant de l'Europe à l'espace.
Les forces en jeu, changer le jour
Forces gravitationnelles externes, principalement du soleil et de la lune, agissent constamment et de manière prévisible sur notre planète. Alors que l'énorme gravité du soleil maintient la Terre en orbite, le doux tiraillement de la lune a, sur des milliards d'années, assez considérablement ralenti sa rotation, augmenter la durée d'un jour sur Terre.
Lorsque la Terre s'est formée pour la première fois, une journée durait entre six et huit heures et une année aurait consisté en plus de 1000 levers et couchers de soleil.
Plus proche de la maison, il y a des forces en jeu qui ont des effets beaucoup plus rapides et imprévisibles. Tremblements de terre, vents atmosphériques, courants océaniques, et remarquablement même l'activité humaine elle-même, tous agissent souvent et de manière imprévisible pour redistribuer la masse autour de la planète, modifier la vitesse de rotation de la Terre et l'orientation de son axe de rotation.
Conservation de la quantité de mouvement
La "conservation du moment angulaire" est une loi de la physique qui explique pourquoi une patineuse artistique tourne avec les bras levés, peut soudainement accélérer en tirant ses bras vers son corps.
Un phénomène rarement observé :l'atmosphère terrestre courbe la lumière de la pleine Lune la comprimant ainsi. Crédit :NASA
La rotation de la Terre est également affectée par la répartition du poids autour de la planète. Tremblements de terre, remarquablement, accélérer la rotation de notre planète en un instant, en réarrangeant la matière à travers la croûte et le manteau supérieur, augmentant de façon faible mais non négligeable la durée de la journée.
En 2011, un tremblement de terre de magnitude 9,0 a frappé le Japon qui a tragiquement fait des milliers de morts et causé des dommages incalculables. D'une durée de six minutes, il a également raccourci la durée du jour de 1,8 microseconde (une microseconde =un millionième de seconde) et décalé la position de « l'axe de la figure » de la Terre – une ligne imaginaire autour de laquelle la masse du monde est équilibrée – d'environ 17 cm. (L'axe de la figure est l'axe du bilan de masse de la Terre, tandis que l'axe de rotation oscille autour de lui.)
Des effets beaucoup plus importants sont également en cours causés par les vents atmosphériques et les courants océaniques, ainsi que la fonte des glaciers et des calottes glaciaires. Lorsque la glace fond ou se brise dans l'océan, le niveau de la mer monte et la masse de la Terre est redistribuée de sorte qu'elle se rapproche de cet axe central, raccourcir la durée de la journée.
De tels changements ne sont pas à craindre, imperceptible dans notre vie de tous les jours. Mais quand il s'agit de faire voler un vaisseau spatial dans l'espace lointain, ou se synchroniser avec les satellites en orbite, ces petits changements peuvent faire la différence entre trouver et perdre votre mission.
Maintien des missions de l'ESA
Pour effectuer des missions de l'ESA, l'Agence est dépendante de ce qu'on appelle les paramètres d'orientation de la Terre (EOP), qui décrivent les irrégularités de la rotation de la planète. Si vous ne les connaissez pas, tu as un vrai problème.
"Nos stations au sol sont en communication avec des engins spatiaux interplanétaires à des millions de kilomètres. Elles doivent être pointées avec une extrême précision pour cibler ces objets relativement minuscules, " explique Werner Enderle, Chef du Bureau d'appui à la navigation de l'ESA basé au Centre d'opérations ESOC de l'Agence à Darmstadt, Allemagne.
"Un degré sur Terre équivaut à des milliers de kilomètres dans l'espace, donc si vous n'avez pas de valeurs précises pour l'orientation de la Terre, vous pouvez être loin."
Obtenir ces paramètres nécessite un énorme travail d'analyse des effets cumulatifs de la météo, le changement climatique et l'activité géologique. Parce que ces systèmes sont si complexes, nous pouvons actuellement calculer les changements d'orientation de la Terre sur des échelles de temps relativement courtes, des semaines et des mois à venir.
Une carte du déplacement du terrain basée sur Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar des tremblements de terre qui ont frappé le Japon à partir du 11 mars 2011. La carte est dérivée d'un interférogramme généré par INGV à l'aide de données acquises les 19 février et 21 mars 2011 sur la piste 347. Le carte montre une grande partie du champ de déplacement de surface. Le déplacement maximum le long de la ligne de visée (du satellite) atteint environ 2,5 m par rapport à un point de référence dans toute la bande de trame située à proximité de la limite sud. Crédit :Basé sur les données de l'ESA - L'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (S. Stamondo, M. Chini et C. Bignami)
L'ESA détermine l'orientation de la Terre
Actuellement, ces paramètres vitaux sont fournis par l'Observatoire naval des États-Unis (UNSO), sur la base des contributions d'institutions du monde entier, y compris l'ESA. Cependant, L'ESA travaille à la détermination de ses propres valeurs EOP, garantir l'accès indépendant de l'Europe à l'espace et supprimer la dépendance vis-à-vis d'un fournisseur externe. Ces valeurs d'orientation, calculé par une équipe du Bureau d'Assistance à la Navigation, sera disponible gratuitement vers l'automne de cette année.
L'outil estime et prédit l'orientation et la rotation de la Terre jusqu'à 90 jours à l'avance à l'aide de mesures spatiales des systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) et de la télémétrie laser par satellite, entre autres, un domaine dans lequel le bureau a une grande expertise.
"Notre algorithme utilise les conditions atmosphériques et météorologiques, activité sismique, la vitesse à laquelle le niveau de la mer monte et la glace de la Terre fond et une foule d'autres variables, qui interagissent tous de manière complexe et difficile à prévoir, " explique Erik Schoenemann, Ingénieur Navigation à l'ESOC qui dirige le projet.
"Il est facile de prendre ces valeurs pour acquises, mais toutes les activités de vol spatial en dépendent et une énorme quantité de travail est nécessaire pour les obtenir. Nous sommes très heureux d'avoir maintenant notre propre source de ces données, sécurisant notre capacité à mener des missions complexes sur différentes orbites et à recevoir les données incroyables qu'ils envoient à la maison."
Jusque là, les premiers tests montrent que le nouvel algorithme de l'ESA surpasse considérablement ceux actuellement utilisés, marquant une étape importante pour garantir l'accès indépendant de l'Europe à l'espace.
