Les scientifiques de la NASA publient de nouvelles cartes mondiales de la Terre la nuit, fournissant la vue la plus claire mais composite des modèles d'établissement humain à travers notre planète.

Les images satellites de la Terre la nuit, souvent appelées « veilleuses », sont une curiosité pour le public et un outil de recherche fondamentale depuis près de 25 ans. Ils ont fourni un large, belle photo, montrant comment les humains ont façonné la planète et illuminé les ténèbres. Produit tous les dix ans environ, de telles cartes ont engendré des centaines d'utilisations de la culture pop et des dizaines d'activités économiques, projets de recherche en sciences sociales et environnementales.

Mais que se passerait-il si les images des veilleuses pouvaient être mises à jour chaque année, mensuel ou même quotidien ? Une équipe de recherche dirigée par le scientifique de la Terre Miguel Román du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, prévoit de le découvrir cette année.

Depuis le lancement en 2011 du satellite NASA-NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP), Román et ses collègues ont analysé les données des veilleuses et développé de nouveaux logiciels et algorithmes pour rendre les images des veilleuses plus claires, plus précis et plus facilement accessible. Ils sont maintenant sur le point de fournir quotidiennement, des vues haute définition de la Terre la nuit, et visent la publication de ces données à la communauté scientifique plus tard cette année.

Depuis que des collègues de la National Oceanic and Atmospheric Administration et de la NASA ont publié une nouvelle carte de la Terre la nuit en 2012, Román et ses coéquipiers du système d'information et de données satellitaires d'observation de la Terre (EOSDIS) de la NASA ont travaillé pour intégrer les données nocturnes dans les services de navigation d'imagerie mondiale (GIBS) et les outils de cartographie Worldview de la NASA. Disponible gratuitement pour la communauté scientifique et le public via le Web, GIBS et Worldview permettent aux utilisateurs de voir des images naturelles et en fausses couleurs de la Terre dans les heures suivant l'acquisition par satellite.

Aujourd'hui, ils publient une nouvelle carte composite mondiale des veilleuses observées en 2016, ainsi qu'une version révisée de la carte 2012 (8 Mo jpg | 265 Mo jpg). Le groupe de la NASA a examiné les différentes façons dont la lumière est rayonnée, dispersés et reflétés par la terre, surfaces atmosphériques et océaniques. Le principal défi de l'imagerie satellitaire nocturne est de rendre compte des phases de la lune, qui fait varier constamment la quantité de lumière qui brille sur Terre, bien que de manière prévisible. De même, végétation saisonnière, des nuages, aérosols, couverture de neige et de glace, et même de faibles émissions atmosphériques (telles que la lueur de l'air et les aurores) modifient la façon dont la lumière est observée dans différentes parties du monde. Les nouvelles cartes ont été produites avec des données de tous les mois de chaque année. L'équipe a écrit un code qui a sélectionné les vues nocturnes les plus claires chaque mois, combinant finalement des données sans clair de lune et corrigées au clair de lune.

Román et ses collègues ont mis au point des techniques de télédétection pour filtrer ces sources de lumière étrangère, recueillir un signal meilleur et plus cohérent de la façon dont les modèles et les processus dirigés par l'homme évoluent. Le traitement amélioré rapproche la centrale nucléaire de Suomi de son plein potentiel d'observation d'une lumière faible jusqu'à l'échelle d'une lampe de route isolée ou d'un bateau de pêche. L'instrument phare du satellite est la Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), qui détecte les photons de lumière réfléchis par la surface et l'atmosphère de la Terre dans 22 longueurs d'onde différentes. VIIRS est le premier instrument satellitaire à effectuer des mesures quantitatives d'émissions et de réflexions lumineuses, qui permet aux chercheurs de distinguer l'intensité, types et les sources de veilleuses sur plusieurs années.

La centrale nucléaire de Suomi observe presque tous les endroits sur Terre vers 13h30. et 1h30 (heure locale) chaque jour, observer la planète en bandes verticales de 3000 kilomètres d'un pôle à l'autre. VIIRS comprend un groupe spécial "jour-nuit, " un capteur de faible luminosité qui peut distinguer les veilleuses avec une résolution spatiale six fois supérieure et une résolution 250 fois supérieure des niveaux d'éclairage (plage dynamique) que les précédents satellites d'observation nocturne. Et parce que Suomi NPP est un satellite scientifique civil, les données sont librement accessibles aux scientifiques quelques minutes à quelques heures après leur acquisition.

Armé de produits environnementaux nocturnes plus précis, l'équipe de la NASA automatise maintenant le traitement afin que les utilisateurs puissent visualiser des images nocturnes dans les heures suivant l'acquisition. Cela a le potentiel d'aider les prévisions météorologiques à court terme et la réponse aux catastrophes.

« Grâce à VIIRS, nous pouvons maintenant surveiller les changements à court terme causés par des perturbations dans la fourniture d'énergie, comme les conflits, tempêtes, tremblements de terre et baisses de tension, " a déclaré Román. "Nous pouvons surveiller les changements cycliques entraînés par les activités humaines récurrentes telles que l'éclairage des fêtes et les migrations saisonnières. Nous pouvons également suivre les changements progressifs induits par l'urbanisation, émigration, changements économiques, et l'électrification. Le fait que nous puissions suivre tous ces différents aspects au cœur de ce qui définit une ville est tout simplement ahurissant. »

Par exemple, VIIRS a détecté des pannes de courant à la suite de l'ouragan Matthew, une tempête majeure qui a frappé le nord-est des Caraïbes et le sud-est des États-Unis fin septembre 2016. L'équipe d'intervention en cas de catastrophe de la NASA a fourni les données à des collègues de l'Agence fédérale de gestion des urgences; à l'avenir, Nasa, La FEMA et le ministère de l'Énergie espèrent développer des cartes de panne de courant et intégrer les informations dans les efforts de récupération des premiers intervenants.

L'équipe de la NASA envisage de nombreuses autres utilisations potentielles par la recherche, groupes météorologiques et civiques. Par exemple, l'imagerie nocturne quotidienne pourrait être utilisée pour aider à surveiller la pêche non réglementée ou non déclarée. Cela pourrait également contribuer aux efforts visant à suivre les mouvements et les concentrations de glace de mer. Des chercheurs de Porto Rico ont l'intention d'utiliser l'ensemble de données pour réduire la pollution lumineuse et aider à protéger les forêts tropicales et les zones côtières qui soutiennent des écosystèmes fragiles. Et une équipe des Nations Unies a déjà utilisé les données des veilleuses pour surveiller les effets de la guerre sur l'énergie électrique et le mouvement des populations déplacées dans la Syrie déchirée par la guerre.

Dans un séparé, projet à long terme, Román travaille avec des collègues du monde entier pour améliorer les estimations mondiales et régionales des émissions de dioxyde de carbone. L'équipe du Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) de la NASA combine des veilleuses, données sur l'utilisation des sols urbains, et des projections statistiques et modélisées des émissions anthropiques de manière à rendre les estimations des sources beaucoup plus précises.