À l'aube de notre atmosphère vit un mince groupe de nuages ​​​​bleus électriques saisonniers. Formant 50 miles au-dessus des pôles en été, ces nuages ​​sont connus sous le nom de nuages ​​noctilucents ou nuages ​​mésosphériques polaires, les PMC. Une récente mission de ballon de longue durée de la NASA a observé ces nuages ​​pendant cinq jours à leur domicile dans la mésosphère. Les photos résultantes, que les scientifiques viennent de commencer à analyser, nous aidera à mieux comprendre les turbulences dans l'atmosphère, ainsi que dans les océans, lacs et autres atmosphères planétaires, et peut même améliorer les prévisions météorologiques.

Le 8 juillet, 2018, La mission PMC Turbo de la NASA a lancé un ballon géant pour étudier les PMC à une hauteur de 50 milles au-dessus de la surface. Pour cinq jours, le ballon a flotté dans la stratosphère depuis son lancement à Estrange, Suède, à travers l'Arctique jusqu'à l'ouest du Nunavut, Canada. Pendant son vol, les caméras à bord du ballon ont capturé 6 millions d'images haute résolution remplissant 120 téraoctets de stockage de données, dont la plupart comprenaient une variété d'écrans PMC, révélant les processus conduisant à la turbulence. Les scientifiques commencent maintenant à parcourir les images et le premier regard a été prometteur.

"D'après ce que nous avons vu jusqu'à présent, nous nous attendons à avoir un ensemble de données vraiment spectaculaire de cette mission, " a déclaré Dave Fritts, chercheur principal de la mission PMC Turbo à Global Atmospheric Technologies and Sciences à Boulder, Colorado. "Nos caméras ont probablement été en mesure de capturer des événements vraiment intéressants et nous espérons qu'elles fourniront de nouvelles informations sur ces dynamiques complexes."

Les nuages ​​nocturnes se fondent sous forme de cristaux de glace sur de minuscules restes de météores dans la haute atmosphère. Les résultats produisent des nuages ​​bleus brillants qui sont visibles juste après le coucher du soleil dans les régions polaires pendant l'été. Ces nuages ​​sont affectés par ce que l'on appelle les ondes de gravité atmosphériques, causées par la convection et l'élévation des masses d'air, comme lorsque l'air est poussé par les chaînes de montagnes. Les ondes jouent un rôle majeur dans le transfert d'énergie de la basse atmosphère à la mésosphère.

"C'est la première fois que nous avons pu visualiser le flux d'énergie des ondes de gravité plus grandes aux plus petites instabilités d'écoulement et turbulences dans la haute atmosphère, " Fritts a déclaré. "À ces altitudes, vous pouvez littéralement voir les ondes de gravité se briser - comme les vagues de l'océan sur la plage - et se transformer en turbulences."

La charge utile du ballon PMC Turbo était équipée de sept systèmes d'imagerie spécialement conçus pour observer les nuages. Chacun comprenait une caméra haute résolution, un système informatique de contrôle et de communication, et 32 ​​téraoctets de stockage de données. Les sept systèmes d'imagerie ont été agencés pour créer une mosaïque de vues larges s'étendant sur cent milles de diamètre, avec chaque vue étroite capable d'imager des caractéristiques de turbulence aussi petites que 20 mètres de large. Pour la première fois, un lidar - ou radar laser - mesurait les altitudes précises des PMC ainsi que les fluctuations de température des ondes de gravité au-dessus et au-dessous des PMC.

"Nous connaissons la structure d'onde 2-D à partir des images, mais afin de décrire complètement les vagues, nous devons également mesurer la troisième dimension, " a déclaré Bernd Kaifler, le chercheur du Centre aérospatial allemand, à Wessling, Allemagne, qui a conçu l'expérience lidar du ballon. "D'après les mesures lidar, on peut en déduire la structure verticale des vagues, fournissant ainsi des données importantes qui n'auraient pas été disponibles à partir de l'expérience d'imagerie seule."

Connaître les causes et les effets de la turbulence aidera les scientifiques à comprendre non seulement la structure et la variabilité de la haute atmosphère, mais aussi dans d'autres domaines. La turbulence se produit dans les fluides à travers l'univers et les résultats aideront les scientifiques à mieux la modéliser dans tous les systèmes. Finalement, les résultats permettront même d'améliorer les modèles de prévisions météorologiques.

La compréhension d'un large éventail de processus dans l'espace proche de la Terre, y compris leur interaction avec l'atmosphère et la météo de la Terre, est un élément clé de la recherche en héliophysique de la NASA, qui emploie une équipe complète de satellites et d'instruments sous-orbitaux pour observer différents phénomènes sous différents angles. La NASA étudie également les nuages ​​nocturnes avec l'aéronomie de la glace dans la mésosphère, ou AIM, vaisseau spatial, qui s'est lancé en 2007 sur une orbite terrestre basse. AIM suit les fonctionnalités à grande échelle dans les nuages ​​à l'échelle mondiale, mais ne peut résoudre que des caractéristiques de quelques kilomètres. PMC Turbo aide à remplir les détails, expliquant ce qui se passe à des échelles plus petites où la turbulence se produit.

La charge utile PMC Turbo a été récupérée avec succès de son site d'atterrissage dans l'Arctique canadien et les instruments récupérés devraient contribuer à de futures missions, dont un qui devrait survoler l'Antarctique en décembre prochain.