La lumière du soleil traversant l'atmosphère se polarise de différentes manières car elle est dispersée par la vapeur d'eau, la glace, aérosols créés par des organismes vivants, poussière, et autres particules.

Mesurer cette polarisation permet aux scientifiques d'extrapoler ce qui se trouve dans l'atmosphère, et la prochaine génération de polarimètres pour le travail pourrait bénéficier d'une nouvelle technologie développée par des chercheurs de l'Université de Harvard, Cambridge, Massachusetts.

Le scientifique de la Terre Kerry Meyer au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, travaille avec des partenaires de Harvard pour développer une utilisation scientifique de leur technologie de "métasurface". En utilisant un composant optique plat, la technologie peut analyser la lumière dans quatre directions de polarisation, permettant une caractérisation complète de l'état polarisé de la lumière :intensité, polarisation linéaire (horizontale et verticale), et polarisation circulaire.

"Jusqu'à récemment, les polarimètres ont été des instruments assez gros, et selon la stratégie de mesure, pourrait impliquer de nombreuses pièces mobiles et différentes optiques, " a déclaré Meyer. " Cette technologie de métasurface divise le signal entrant en quatre états. "

Sans les pièces mobiles, cette technologie pourrait permettre la polarimétrie dans de petits satellites comme SmallSats et CubeSats, mais pourrait également être étendue pour une utilisation sur de plus grandes missions à un coût important, le volume, des économies de poids et d'énergie par rapport à la technologie existante.

Alors que la technologie Harvard est encore à ses débuts, Le scientifique Goddard, Dan Miller, a déclaré qu'un type de polarimètre devrait voler dans le cadre du projet d'observatoire du système terrestre de la NASA sur l'aérosol, Nuage, Mission de convection et de précipitation (ACCP) recommandée dans le Earth Decadal Survey 2017.

Devrait entrer en développement cette année, cette mission serait, entre autres, combiner la polarimétrie avec les données lidar pour fournir de nouvelles informations sur les nuages ​​et les particules dans l'atmosphère et sur leur impact sur la vie sur Terre. Lidar signifie Light Detection and Ranging et c'est une méthode de télédétection qui utilise la lumière sous la forme d'un laser pulsé pour mesurer des distances variables par rapport à la Terre.

"La combinaison d'un lidar et d'un polarimètre en orbite, observer la même cible, vous indique à la fois ce que vous regardez et la distribution verticale - où il se trouve dans l'atmosphère, ", a déclaré Miller.

Le partenariat a donné au chercheur postdoctoral de Harvard Noah Rubin un aperçu précieux des cas d'utilisation scientifique de sa technologie.

« Travailler avec nos nouveaux collègues de la NASA a été formidable, " a déclaré Rubin. " Mon équipe à Harvard s'est principalement intéressée aux nouvelles technologies physiques et optiques rendues possibles par le contrôle de la lumière à l'échelle nanométrique. C'est rare, cependant, que nous ayons la chance d'interagir avec des utilisateurs finaux potentiels de manière aussi directe, sans parler d'un stade aussi précoce du développement d'une nouvelle technologie."

Pour le scientifique de la Terre Ed Nowottnick, la technologie de Harvard rend les observations distribuées de nuages ​​et de particules en aérosol un peu plus près de la réalité.

"Je pouvais voir voler ce capteur dans l'espace comme une constellation, " dit-il. " Si vous pouviez mettre plusieurs copies, vous pouvez améliorer votre couverture au fil du temps. Puis, vous allez vraiment loin dans la compréhension des processus atmosphériques."

Les paiements incluraient une meilleure prévision de la météo, particules d'aérosol, et les nuages, ainsi qu'une meilleure compréhension de la façon dont le changement climatique pourrait affecter ces processus à l'avenir.