Deux nouveaux satellites miniatures de la NASA commenceront à sillonner l'atmosphère terrestre dans quelques mois, détectant la chaleur perdue dans l'espace. Leurs observations depuis les régions les plus glaçantes de la planète aideront à prédire comment nos glaces, nos mers et nos conditions météorologiques changeront face au réchauffement climatique.
De la taille d'une boîte à chaussures, les satellites cubes, ou CubeSats, constituent une mission appelée PREFIRE, abréviation de Polar Radiant Energy in the Far-InfraRed Experiment. Équipés d'une technologie éprouvée sur Mars, leur objectif est de révéler pour la première fois le spectre complet des pertes de chaleur des régions polaires de la Terre, rendant ainsi les modèles climatiques plus précis.
PREFIRE a été développé conjointement par la NASA et l'Université du Wisconsin-Madison, avec des membres d'équipe des universités du Michigan et du Colorado.
La mission commence par le budget énergétique de la Terre. Dans un exercice d’équilibre planétaire, la quantité d’énergie thermique que la planète reçoit du soleil devrait idéalement être compensée par la quantité rayonnée du système terrestre vers l’espace. La différence entre l'énergie entrante et sortante détermine la température de la Terre et façonne notre climat.
Les régions polaires jouent un rôle clé dans ce processus, agissant comme les ailettes du radiateur terrestre. Le brassage de l’air et de l’eau, sous l’effet des courants météorologiques et océaniques, déplace l’énergie thermique reçue sous les tropiques vers les pôles, où elle est émise sous forme de rayonnement infrarouge thermique – le même type d’énergie que celle que l’on ressent avec une lampe chauffante. Environ 60 % de cette énergie s'écoule vers l'espace dans des longueurs d'onde infrarouge lointain qui n'ont jamais été systématiquement mesurées.
PREFIRE peut combler cet écart. "Nous avons le potentiel de découvrir des choses fondamentales sur le fonctionnement de notre planète", a déclaré Brian Drouin, scientifique et chercheur principal adjoint de la mission au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
"Dans les projections climatiques, une grande partie de l'incertitude vient de ce que nous ne savons pas sur les pôles Nord et Sud et sur l'efficacité avec laquelle les rayonnements sont émis dans l'espace", a-t-il déclaré. "L'importance de ce rayonnement n'a pas été prise en compte pendant une grande partie de l'ère spatiale, mais nous le savons maintenant et nous cherchons à le mesurer."
Lancé depuis la Nouvelle-Zélande à deux semaines d'intervalle en mai, chaque satellite embarquera un spectromètre infrarouge thermique. Les instruments conçus par le JPL comprennent des miroirs et des détecteurs de forme spéciale pour diviser et mesurer la lumière infrarouge. Une technologie similaire est utilisée par le Mars Climate Sounder du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA pour explorer l'atmosphère et la météo de la planète rouge.
Miniaturiser les instruments destinés aux CubeSats était un défi pour l'équipe d'ingénierie PREFIRE. Ils ont développé une conception réduite optimisée pour les conditions relativement chaudes de notre propre planète. Pesant moins de 6 livres (3 kilogrammes), les instruments effectuent des lectures à l'aide d'un appareil appelé thermocouple, similaire aux capteurs que l'on trouve dans de nombreux thermostats domestiques.
Pour maximiser la couverture, les jumeaux PREFIRE orbiteront autour de la Terre selon différentes trajectoires, se chevauchant toutes les quelques heures près des pôles.
Depuis les années 1970, l’Arctique s’est réchauffé au moins trois fois plus vite que partout ailleurs sur Terre. La glace marine hivernale y a diminué de plus de 15 900 milles carrés (41 200 kilomètres carrés) par an, soit une perte de 2,6 % par décennie par rapport à la moyenne de 1981 à 2010. Un changement se produit également de l'autre côté de la planète :les calottes glaciaires de l'Antarctique perdent de la masse à un rythme moyen d'environ 150 milliards de tonnes par an.
Les implications de ces changements sont considérables. Les fluctuations de la glace de mer façonnent les écosystèmes polaires et influencent la température et la circulation de l'océan. L'eau de fonte des calottes glaciaires d'un kilomètre d'épaisseur au Groenland et en Antarctique est responsable d'environ un tiers de l'élévation du niveau moyen de la mer depuis 1993.
"Si vous changez les régions polaires, vous changez aussi fondamentalement le temps dans le monde", a déclaré Tristan L'Ecuyer, professeur à l'Université du Wisconsin-Madison et chercheur principal de la mission. "Tempêtes extrêmes, inondations, érosion côtière :tout cela est influencé par ce qui se passe dans l'Arctique et l'Antarctique."
Pour comprendre et projeter ces changements, les scientifiques utilisent des modèles climatiques qui prennent en compte de nombreux processus physiques. L’exécution des modèles plusieurs fois (à chaque fois dans des conditions et des hypothèses légèrement différentes) aboutit à un ensemble de projections climatiques. Les hypothèses sur des paramètres incertains, tels que l'efficacité avec laquelle les pôles émettent un rayonnement thermique, peuvent avoir un impact significatif sur les projections.
PREFIRE fournira de nouvelles données sur diverses variables climatiques, notamment la température atmosphérique, les propriétés de surface, la vapeur d'eau et les nuages. En fin de compte, plus d'informations donneront une vision plus précise d'un monde en évolution, a déclaré L'Ecuyer.
"À mesure que nos modèles climatiques convergeront, nous commencerons à vraiment comprendre à quoi ressemblera l'avenir dans l'Arctique et l'Antarctique", a-t-il ajouté.
Fourni par la NASA
