Aujourd'hui, une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université britannique de Leicester et impliquant des participants du laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l'énergie (DOE) a identifié un moyen de déduire les détails de la composition verticale de l'atmosphère terrestre à partir d'observations passives. Leur méthode consiste à effectuer des mesures à partir de plusieurs longueurs d'onde et combine des observations au sol avec des données provenant de satellites de la NASA, tels que le sondeur infrarouge atmosphérique (AIRS). L'équipe, comprenant Hang Sun, spécialiste de l'atmosphère à Brookhaven, rapporte ses conclusions dans la revue Geophysical Research Letters.
"Il est bien connu que les nuages et les aérosols ont un impact sur la température de luminosité de l'atmosphère. Mais pour comprendre le climat, qu'il soit actuel ou sur les exoplanètes, nous devons également comprendre la distribution verticale des aérosols et de la vapeur d'eau", a déclaré Stephen. Anglais de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Leicester, auteur principal de l'étude. "Jusqu'à présent, nous n'avons eu qu'une poignée d'instantanés provenant de capteurs actifs embarqués sur des satellites qui peuvent fournir ces informations. Les mesures passives couvrent l'ensemble du globe de manière beaucoup plus détaillée, mais elles manquent la structure verticale."
Cette équipe a trouvé une solution de contournement intelligente qui s'appuie sur des travaux théoriques antérieurs menés par le co-auteur Paul O. Wennberg, également de l'Université de Leicester. Lorsque les conditions atmosphériques sont idéales – chaudes et humides, mais avec une surface froide – le rayonnement infrarouge émis par la surface de la planète est presque entièrement absorbé par les basses couches de l'atmosphère. À mesure que le rayonnement augmente, une grande partie est libérée et une partie atteint l’espace. Le rayonnement résiduel est la partie que les instruments installés sur les satellites détectent passivement, et sa signature spectrale peut être subtilement modifiée par la structure verticale de l'atmosphère.
"Ces conditions très chaudes et humides se produisent dans les régions tropicales où il y a beaucoup de convection profonde", a déclaré Sun. "Ces panaches de convection sont très efficaces pour humidifier et refroidir la haute troposphère, ce qui modifie la structure verticale de l'atmosphère."
L’équipe a utilisé deux longueurs d’onde – l’une très sensible à la vapeur d’eau, l’autre à l’impact combiné de la vapeur d’eau et des aérosols – pour identifier les conditions dans lesquelles elles pourraient mieux observer la structure verticale de l’atmosphère terrestre depuis l’espace. Ils ont découvert que les régions dominées par une convection profonde peuvent être utilisées comme « fenêtres » pour sonder les couches supérieures de l’atmosphère. Ils peuvent également fournir des informations sur la partie inférieure de l’atmosphère, aidant ainsi à distinguer la vapeur d’eau, les nuages et les aérosols.
"Avec cette méthode, nous pouvons récupérer des profils verticaux à la fois dans la haute troposphère/basse stratosphère et dans la basse troposphère pour des conditions spécifiques", a déclaré Sun. "Cela peut constituer une information précieuse pour les modèles du climat et du système terrestre."
L'équipe espère que leur méthode pourra être appliquée aux observations effectuées par les satellites en orbite polaire actuels et à venir afin de déduire la structure verticale de l'atmosphère terrestre dans des conditions chaudes et humides sur l'ensemble du globe. À mesure que la technologie continue de s’améliorer, cette méthode pourrait être appliquée pour détecter des signes potentiels d’habitabilité sur des exoplanètes lointaines.
