De petits capteurs peu coûteux développés par des scientifiques spatiaux de l'Université du Texas à Dallas pour étudier la haute atmosphère terrestre ont récemment - et de manière inattendue - fourni des informations sur le soleil, ce pour quoi ces appareils n'étaient pas conçus.
Les appareils, appelés moniteurs à scintillation ionosphérique, ou capteurs ScintPi, seront à nouveau sous le feu des projecteurs alors que les chercheurs de l'UT Dallas les déploieront pour collecter des données lors de l'éclipse solaire totale du 8 avril et les mettront à disposition pour des projets scientifiques citoyens.
"Les capteurs ScintPi reçoivent des signaux radio des satellites, similaires aux récepteurs GPS des téléphones portables", a déclaré le Dr Fabiano Rodrigues, professeur agrégé de physique et membre du professeur émérite Eugene McDermott à l'École des sciences naturelles et des mathématiques de l'UT Dallas.
"Ils peuvent être facilement déployés et entretenus et leur construction coûte environ 600 $, ce qui est bien moins que les versions commerciales qui coûtent entre 10 000 $ et 15 000 $."
Bien que les capteurs ScintPi ne soient pas destinés à remplacer complètement les moniteurs commerciaux, ils peuvent être utilisés dans de nombreuses applications éducatives et scientifiques, a déclaré Rodrigues.
Les signaux radio échangés entre les appareils au sol et les satellites traversent une région de l'atmosphère terrestre appelée l'ionosphère. Le rayonnement solaire crée l'ionosphère en éliminant les électrons des atomes atmosphériques, ce qui entraîne la formation d'une coquille de particules chargées, ou d'ions, autour de la Terre.
Les perturbations et turbulences dans l'ionosphère peuvent affecter les communications radio et la qualité des signaux radio GPS. Une meilleure compréhension de la dynamique de la région et des facteurs qui l'affectent aide les scientifiques à développer des modèles pour prévoir la variabilité avec plus de précision.
"Du côté diurne de la Terre, quand il y a le plus de rayonnement solaire, il y a plus d'ionosphère, une plus grande densité d'électrons. La nuit, la densité d'électrons diminue et il y a moins d'ionosphère", a déclaré Rodrigues, qui utilise un variété d'équipements au sol pour étudier l'ionosphère.
Dans le cadre de ses études supérieures, Josemaría Gómez Sócola, doctorant en génie électrique à l'École d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson, a développé les capteurs ScintPi afin que les scientifiques et les citoyens scientifiques du monde entier puissent recueillir des données sur la densité ionique. Le temps nécessaire aux signaux radio pour voyager vers et depuis les satellites est utilisé pour déterminer la densité ionique dans la région située au-dessus de l'emplacement d'un capteur. La recherche a été publiée dans le Journal of Space Weather and Space Climate. .
Les capteurs ont été déployés sur 23 sites à travers l'hémisphère occidental, notamment au Brésil, au Honduras, au Pérou, à Porto Rico, au Costa Rica, dans 12 États américains et en Islande, afin que les scientifiques puissent étudier l'ionosphère aux latitudes basses, moyennes et élevées.
Isaac Wright BS, doctorant en physique, a analysé les données des capteurs collectés en 2022 et a remarqué quelque chose d'inhabituel vers le 28 août 2022. Les données ont montré une brève dégradation des signaux radio, mais la cause n'était pas une perturbation de l'ionosphère. /P> 
Les chercheurs ont déterminé que le signal était affecté par le bruit résultant d'une brève augmentation du niveau des signaux radio d'une certaine fréquence émanant du soleil. Le sursaut radio solaire (SRB) a duré environ 30 minutes.
"Ce n'était pas ce que nous recherchions", a déclaré Wright. "Nos capteurs sont conçus pour étudier l'ionosphère, pas les événements solaires; néanmoins, nous avons détecté un sursaut radio solaire, ce qui montre que des capteurs peu coûteux comme le nôtre pourraient être utilisés pour des études au-delà de la seule ionosphère. Nous avons montré que nous pouvons quantifier dans quelle mesure les sursauts radio solaires et les perturbations ionosphériques affectent les signaux comme le GPS."
Seuls quelques sursauts radio solaires ont été signalés sur la bande de fréquence utilisée par le GPS.
"Cet événement était intéressant car il a été détecté sur la fréquence utilisée par notre réseau de récepteurs GPS", a déclaré Rodrigues. "Et cela a peut-être été manqué :l'un des principaux radiotélescopes au sol qui détecte et signale les SRB n'était pas opérationnel ce jour-là."
"Notre configuration expérimentale pour l'éclipse solaire totale du 8 avril a deux objectifs :accroître les connaissances sur l'ionosphère terrestre et créer de nouveaux ensembles de données qui quantifient les effets des éclipses sur l'ionosphère", a déclaré Rodrigues, qui dirige le laboratoire de télédétection de la haute atmosphère à le Centre William B. Hanson pour les sciences spatiales.
Les capteurs situés le long du trajet de l'éclipse recueilleront des données provenant de sites qui connaîtront une éclipse partielle dans le New Hampshire, la Pennsylvanie et l'Illinois, ainsi qu'à l'UT Dallas, qui se trouve sur le chemin de la totalité.
Les données du capteur UTD sont affichées sur un site Web qui capture et trace la concentration d'électrons dans l'ionosphère sur 48 heures. Rodrigues prévoit de projeter la disposition des électrons en temps quasi réel sur un grand écran sur le campus pour montrer aux téléspectateurs les changements survenus dans l'ionosphère pendant l'éclipse totale de Soleil.
Lors de l’éclipse solaire annulaire du 14 octobre 2023, qui s’est produite vers midi sur une grande partie du Texas, les capteurs ScintPi ont mesuré la baisse de la concentration électronique dans l’ionosphère alors que le rayonnement du soleil était partiellement bloqué par la lune et que la photo-ionisation diminuait. Après l'éclipse, elle a remonté à nouveau à mesure que le rayonnement solaire est revenu à la normale.
"Pendant l'éclipse solaire totale, nous nous attendons à une baisse encore plus importante de la concentration ionosphérique près de Dallas, car nous sommes sur la voie de la totalité, et la Terre recevra beaucoup moins de rayonnement solaire", a déclaré Rodrigues.>
"Nous avons des modèles de l'ionosphère, mais nous voulons savoir dans quelle mesure ces modèles correspondent à nos observations. Les recherches que nous effectuons à l'UT Dallas et les mesures que nous effectuons peuvent aider à vérifier et à affiner ces modèles."
Plus d'informations : Isaac G. Wright et al, Sur la détection d'un événement de sursaut radio solaire survenu le 28 août 2022 et son effet sur les signaux GNSS observés par les moniteurs à scintillation ionosphérique répartis sur le secteur américain, Journal of Space Weather and Space Climate (2023). DOI :10.1051/swsc/2023027
Fourni par l'Université du Texas à Dallas
