Un très petit instrument a un gros travail devant lui :mesurer toute l'énergie dirigée vers la Terre provenant du soleil et aider les scientifiques à comprendre comment cette énergie influence les conditions météorologiques extrêmes de notre planète, le changement climatique et d'autres forces mondiales.

À peu près de la taille d'une boîte à chaussures ou d'une console de jeu, le Compact Total Irradiance Monitor (CTIM) est le plus petit satellite jamais envoyé pour observer la somme de toute l'énergie solaire que la Terre reçoit du soleil, également appelée « irradiance solaire totale ».

L'irradiance solaire totale est une composante majeure du bilan radiatif de la Terre, qui suit l'équilibre entre l'énergie solaire entrante et sortante. L'augmentation des quantités de gaz à effet de serre émises par les activités humaines, telles que la combustion de combustibles fossiles, emprisonne des quantités accrues d'énergie solaire dans l'atmosphère terrestre.

Cette énergie accrue augmente les températures mondiales et modifie le climat de la Terre, ce qui entraîne à son tour des phénomènes tels que l'élévation du niveau de la mer et les phénomènes météorologiques violents.

"De loin, l'apport énergétique dominant au climat de la Terre provient du soleil", a déclaré Dave Harber, chercheur principal à l'Université du Colorado, Boulder, Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) et chercheur principal du CTIM. "C'est une entrée clé pour les modèles prédictifs prévoyant comment le climat de la Terre pourrait changer au fil du temps."

Des missions de la NASA telles que l'Earth Radiation Budget Experiment et des instruments de la NASA tels que CERES ont permis aux climatologues de maintenir un record ininterrompu de l'irradiance solaire totale remontant à 40 ans. Cela a permis aux chercheurs d'exclure l'augmentation de l'énergie solaire comme responsable du changement climatique et de reconnaître le rôle que jouent les gaz à effet de serre dans le réchauffement climatique.

S'assurer que ce record reste ininterrompu est d'une importance capitale pour les scientifiques de la Terre. Avec un record ininterrompu d'irradiance solaire totale, les chercheurs peuvent détecter de petites fluctuations dans la quantité de rayonnement solaire reçue par la Terre pendant le cycle solaire, ainsi que souligner l'impact des émissions de gaz à effet de serre sur le climat de la Terre.

Par exemple, l'année dernière, des chercheurs de la NASA et de la NOAA se sont appuyés sur le record ininterrompu d'irradiance solaire totale pour déterminer qu'entre 2005 et 2019, la quantité de rayonnement solaire qui reste dans l'atmosphère terrestre a presque doublé.

"Afin de nous assurer que nous pouvons continuer à collecter ces mesures, nous devons fabriquer des instruments aussi efficaces et rentables que possible", a déclaré Harber.

CTIM est un prototype :sa démonstration en vol aidera les scientifiques à déterminer si de petits satellites pourraient être aussi efficaces pour mesurer l'irradiance solaire totale que des instruments plus grands, tels que l'instrument Total Irradiance Monitor (TIM) utilisé à bord de la mission SORCE terminée et du TSIS-1 en cours. mission sur la Station spatiale internationale. En cas de succès, le prototype fera progresser les approches utilisées pour les futurs instruments.

Le détecteur de rayonnement du CTIM tire parti d'un nouveau matériau à base de nanotubes de carbone qui absorbe 99,995 % de la lumière entrante. Cela le rend particulièrement bien adapté pour mesurer l'irradiance solaire totale.

La réduction de la taille d'un satellite réduit le coût et la complexité du déploiement de ce satellite en orbite terrestre basse. Cela permet aux scientifiques de préparer des instruments de rechange qui peuvent conserver l'enregistrement de données TSI en cas de dysfonctionnement d'un instrument existant.

Le nouveau détecteur de rayonnement du CTIM, également connu sous le nom de bolomètre, tire parti d'un nouveau matériau développé en collaboration avec des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie.

"Cela ressemble un peu à un tapis à poils longs très, très sombre. C'était la substance la plus noire que les humains aient jamais fabriquée lorsqu'elle a été créée, et elle continue d'être un matériau exceptionnellement utile pour observer le TSI", a déclaré Harber.

Constitué de minuscules nanotubes de carbone disposés verticalement sur une plaquette de silicium, le matériau absorbe la quasi-totalité de la lumière le long du spectre électromagnétique.

Ensemble, les deux bolomètres de CTIM prennent moins de place que la face d'un quart. Cela a permis à Harber et à son équipe de développer un petit instrument adapté à la collecte de données d'irradiance totale à partir d'une petite plate-forme CubeSat.

Un instrument frère, le Compact Spectral Irradiance Monitor (CSIM), a utilisé les mêmes bolomètres en 2019 pour explorer avec succès la variabilité au sein des bandes de lumière présentes dans la lumière du soleil. Les futures missions de la NASA pourraient fusionner CTIM et CSIM en un seul outil compact pour mesurer et disséquer le rayonnement solaire.

"Maintenant, nous nous demandons :'Comment pouvons-nous prendre ce que nous avons développé avec CSIM et CTIM et les intégrer ensemble'", a déclaré Harber.

Harber s'attend à ce que CTIM commence à collecter des données environ un mois après le lancement, actuellement prévu pour le 30 juin 2022, à bord de STP-28A, une mission Space Force exécutée par Virgin Orbit. Une fois que Harber et ses collègues LASP auront déployé les panneaux solaires de CTIM et vérifié chacun de ses sous-systèmes, ils activeront CTIM. C'est un processus délicat, qui nécessite de la diligence et un soin extrême.

"Nous voulons prendre notre temps et nous assurer que nous suivons ces étapes avec rigueur et que chaque composant de cet instrument fonctionne correctement avant de passer à l'étape suivante", a déclaré Harber. "Le simple fait de démontrer que nous pouvons collecter ces mesures avec un CubeSat serait un gros problème. Ce serait très gratifiant."

Financé par le programme InVEST du Earth Science Technology Office de la NASA, CTIM est lancé depuis le port aérien et spatial de Mojave en Californie à bord de la fusée LauncherOne de Virgin Orbit dans le cadre de la mission STP-S28A de l'US Space Force.

Un autre diplômé de la NASA du programme technologique InVEST, NACHOS-2, sera également à bord. Jumeau de NACHOS, NACHOS-2 aidera le ministère de l'Énergie à surveiller les traces de gaz dans l'atmosphère terrestre. + Explorer plus loin

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