La lumière peut être divisée en plusieurs longueurs d'onde et un arc-en-ciel illustre cela en lumière visible. Chaque couleur est une longueur d'onde différente de la lumière. Le TSIS-1 de la NASA en verra plus de 1, 000 bandes de longueur d'onde de la lumière solaire atteignant le sommet de l'atmosphère, y compris la lumière que nous ne pouvons pas percevoir avec nos yeux. Crédit:Matthew Almon Roth (via Creative Commons)
Haut dans l'atmosphère, au-dessus des systèmes météorologiques, est une couche de gaz d'ozone. L'ozone est l'écran solaire naturel de la Terre, absorbant les rayons ultraviolets les plus nocifs du soleil et protégeant les êtres vivants en dessous. Mais l'ozone est vulnérable à certains gaz produits par l'homme qui atteignent la haute atmosphère. Une fois là, ils réagissent en présence de la lumière du soleil pour détruire les molécules d'ozone.
Actuellement, plusieurs satellites de la NASA et de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) suivent la quantité d'ozone dans la haute atmosphère et l'énergie solaire qui entraîne la photochimie qui crée et détruit l'ozone. La NASA est maintenant prête à lancer un nouvel instrument vers la Station spatiale internationale qui fournira les mesures les plus précises jamais faites de la lumière solaire vue du dessus de l'atmosphère terrestre, un élément important pour évaluer les effets à long terme de la chimie destructrice de l'ozone. Le capteur d'irradiance solaire totale et spectrale (TSIS-1) mesurera la quantité totale de lumière solaire qui atteint le sommet de l'atmosphère terrestre et la façon dont cette lumière est distribuée entre différentes longueurs d'onde, y compris les longueurs d'onde ultraviolettes que nous ne pouvons pas détecter avec nos yeux, mais sont ressentis par notre peau et nocifs pour notre ADN.
Ce n'est pas la première fois que la NASA mesure l'énergie lumineuse totale du soleil. TSIS-1 succède aux missions précédentes et actuelles de la NASA pour surveiller la lumière solaire entrante avec des mises à niveau technologiques qui devraient améliorer la stabilité, fournir une précision trois fois supérieure et moins d'interférences provenant d'autres sources de lumière, selon Candace Carlisle, Chef de projet TSIS-1 au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
"Nous devons mesurer le spectre complet de la lumière solaire et les longueurs d'onde individuelles pour évaluer comment le soleil affecte l'atmosphère terrestre, " dit Dong Wu, Scientifique du projet TSIS-1 à Goddard.
trou d'ozone antarctique, 10 octobre 2017 : Le violet et le bleu représentent les zones de faibles concentrations d'ozone dans l'atmosphère ; le jaune et le rouge sont les zones de concentrations plus élevées. Tétrachlorure de carbone (CCl4), qui était autrefois utilisé dans des applications telles que le nettoyage à sec et comme agent d'extinction d'incendie, a été réglementé en 1987 en vertu du Protocole de Montréal avec d'autres chlorofluorocarbures qui détruisent l'ozone et contribuent au trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
TSIS-en verra plus de 1, 000 bandes de longueurs d'onde de 200 à 2400 nanomètres. La partie visible du spectre que nos yeux voient va d'environ 390 nanomètres (bleu) à 700 nanomètres (rouge). Un nanomètre est un milliardième de mètre.
"Chaque couleur ou longueur d'onde de la lumière affecte l'atmosphère terrestre différemment, " a déclaré Wu.
TSIS-1 verra différents types de lumière ultraviolette (UV), y compris UV-B et UV-C. Chacun joue un rôle différent dans la couche d'ozone. Les rayons UV-C sont essentiels à la création d'ozone. Les rayons UV-B et certains produits chimiques naturels régulent l'abondance d'ozone dans la haute atmosphère. La quantité d'ozone est un équilibre entre ces processus naturels de production et de perte. Au cours de ces processus, Les rayons UV-C et UV-B sont absorbés, les empêchant d'atteindre la surface de la Terre et de nuire aux organismes vivants. L'amincissement de la couche d'ozone a permis à certains rayons UV-B d'atteindre le sol.
Dans les années 1970, les scientifiques ont émis l'hypothèse que certains produits chimiques fabriqués par l'homme trouvés dans les bombes aérosols, les climatiseurs et les réfrigérateurs pourraient rompre l'équilibre naturel de la création et de l'appauvrissement de l'ozone et provoquer un épuisement artificiel de l'ozone protecteur. Dans les années 1980, les scientifiques ont observé une perte d'ozone compatible avec les concentrations de ces produits chimiques et ont confirmé cette théorie.
La photo de gauche montre un soleil calme d'octobre 2010. Le côté droit, à partir d'octobre 2012, montre une atmosphère solaire beaucoup plus active et variée à mesure que le soleil se rapproche du pic d'activité solaire, ou maximum solaire. Le Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA a capturé les deux images. Crédit :Goddard Space Flight Center/SDO de la NASA
La perte d'ozone a été beaucoup plus importante que prévu au pôle Sud lors du printemps antarctique (automne aux États-Unis), un phénomène qui a été nommé "le trou dans la couche d'ozone de l'Antarctique". La découverte que les produits chimiques fabriqués par l'homme pourraient avoir un effet si important sur l'atmosphère terrestre a réuni les dirigeants mondiaux. Ils ont créé un engagement international pour éliminer progressivement les produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone appelé Protocole de Montréal, qui a été universellement ratifiée en 1987 par tous les pays qui participent aux Nations Unies, et a été mis à jour pour resserrer les contraintes et tenir compte des produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone supplémentaires.
Une décennie après la ratification du Protocole de Montréal, la quantité de produits chimiques destructeurs d'ozone fabriqués par l'homme dans l'atmosphère a culminé et a commencé à décliner lentement. Cependant, il faut des décennies pour que ces produits chimiques quittent complètement la haute atmosphère, et les concentrations de ces molécules produites industriellement ne diminuent pas toutes comme prévu, tout en étant supplémentaire, de nouveaux composés sont créés et libérés.
Plus de trois décennies après la ratification, Les satellites de la NASA ont vérifié que les pertes d'ozone se sont stabilisées et, à certains endroits précis, ont même commencé à se redresser grâce à la réduction des produits chimiques destructeurs d'ozone réglementés par le Protocole de Montréal.
Dans le cadre de leurs travaux de suivi de la récupération du trou d'ozone, les scientifiques utilisent des modèles informatiques de l'atmosphère qui simulent la physique, processus chimiques et météorologiques dans l'atmosphère. Ces modèles atmosphériques peuvent ensuite prendre en compte les observations au sol et par satellite de divers gaz atmosphériques, à la fois naturel et produit par l'homme, pour aider à prévoir la reconstitution de la couche d'ozone. Ils testent les modèles en simulant les changements passés, puis comparent les résultats avec les mesures satellites pour voir si les simulations correspondent aux résultats passés. Pour exécuter la meilleure simulation possible, les modèles ont également besoin de mesures précises de la lumière solaire à travers le spectre.
TSIS-1 sera apposée sur la Station spatiale internationale en décembre 2017 TSIS-1 fonctionne comme une fleur de soleil :elle suit le Soleil, du lever du soleil de l'ISS à son coucher du soleil, qui se produit toutes les 90 minutes. Au coucher du soleil, ça rembobine, se recalibre et attend le prochain coucher de soleil. Crédit :NASA/LASP
"Les modèles atmosphériques ont besoin de mesures précises de la lumière solaire à travers le pour modéliser correctement la couche d'ozone, " a déclaré Peter Pilewskie, Scientifique principal de TSIS-1 au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de Boulder, Colorado. Les scientifiques ont appris que les variations de rayonnement UV produisent des changements significatifs dans les résultats des simulations informatiques.
Globalement, La production d'énergie solaire varie d'environ 0,1 %, soit environ 1 watt par mètre carré entre la partie la plus active et la partie la moins active d'un cycle solaire de 11 ans. Le cycle solaire est marqué par l'alternance de périodes d'activité élevée et faible des taches solaires, régions sombres d'activité magnétique complexe à la surface du soleil. Alors que la lumière UV représente une infime fraction de la lumière solaire totale qui atteint le sommet de l'atmosphère terrestre, ça fluctue beaucoup plus, entre 3 et 10 %, un changement qui à son tour provoque de petits changements dans la composition chimique et la structure thermique de la haute atmosphère.
C'est là qu'intervient TSIS-1. "Les mesures [TSIS] du spectre solaire sont trois fois plus précises que les instruments précédents, " a déclaré Pilewskie. Ses mesures de haute qualité permettront aux scientifiques d'affiner leurs modèles informatiques et de produire de meilleures simulations du comportement de la couche d'ozone, ainsi que d'autres processus atmosphériques influencés par la lumière du soleil, tels que le mouvement des vents et des conditions météorologiques qui sont.
TSIS-1 rejoint une flotte de missions d'observation de la Terre de la NASA qui surveillent presque tous les aspects du système Terre, surveiller tout changement dans notre environnement qui pourrait nuire à la vie.
