Moins de trois mois dans sa mission, Glace de la NASA, Nuage et terre Elevation Satellite-2, ou ICESat-2, dépasse déjà les attentes des scientifiques. Le satellite mesure la hauteur de la banquise à un pouce près, tracer le terrain de vallées antarctiques non cartographiées auparavant, l'arpentage des calottes glaciaires éloignées, et scruter à travers les canopées forestières et les eaux côtières peu profondes.

A chaque passage du satellite ICESat-2, la mission s'ajoute aux ensembles de données qui suivent l'évolution rapide de la glace de la Terre. Les chercheurs sont prêts à utiliser les informations pour étudier l'élévation du niveau de la mer résultant de la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, et d'améliorer les prévisions sur la glace de mer et le climat.

"ICESat-2 va être un outil fantastique pour la recherche et la découverte, tant pour les sciences cryosphériques que pour d'autres disciplines, " a déclaré Tom Neumann, Scientifique du projet ICESat-2 au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Neumann et d'autres avec l'équipe scientifique d'ICESat-2 ont partagé le premier aperçu des découvertes du satellite lors de la réunion annuelle de l'American Geophysical Union mardi à Washington, D.C.

Combler les lacunes

Dans les cartes topographiques des montagnes transantarctiques, qui divisent l'est et l'ouest de l'Antarctique, il y a des endroits où les autres satellites ne peuvent tout simplement pas voir. Certains instruments n'orbitent pas si loin au sud, d'autres ne captent que les grandes caractéristiques ou les points les plus élevés et manquent ainsi les pics et les vallées mineurs. Avec un passage précoce d'ICESat-2, les scientifiques ont commencé à remplir ces détails.

"C'est un terrain spectaculaire, " a déclaré Benjamin Smith, glaciologue à l'Université de Washington, Seattle, et membre de l'équipe scientifique ICESat-2. « Nous sommes capables de mesurer des pentes supérieures à 45 degrés, et peut-être même plus, tout au long de cette chaîne de montagnes."

Alors qu'ICESat-2 orbite au-dessus de la calotte glaciaire de l'Antarctique, les retours de photons se reflètent depuis la surface et montrent de hauts plateaux glaciaires, crevasses dans la glace de 65 pieds (20 mètres) de profondeur, et les arêtes vives des plateaux de glace tombant dans l'océan. Ces premières mesures peuvent permettre de combler les lacunes des cartes de l'Antarctique, Smith a dit, mais la science clé de la mission ICESat-2 est encore à venir. Au fur et à mesure que les chercheurs affinent la connaissance de l'orientation de l'instrument, ils peuvent commencer à mesurer la montée ou la chute des calottes glaciaires et des glaciers.

"Très bientôt, nous aurons des mesures que nous pourrons comparer à d'anciennes mesures d'élévation de surface, " Smith a dit. " Et après que le satellite ait fonctionné pendant un an, nous commencerons à être en mesure de regarder les calottes glaciaires changer au fil des saisons."

Marcher sur des oeufs

Lorsque la glace de mer se forme pour la première fois sur les océans polaires, avant que la neige ne tombe dessus et que le vent ne l'écrase sur d'autres floes, c'est mince, plat et lisse. Ce qui en fait un bon endroit pour tester la précision des données ICESat-2, puisque les longs tronçons doivent tous avoir à peu près la même hauteur, dit Ron Kwok, un scientifique de la glace de mer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie.

Jusque là? "Les données sont spectaculaires, " a déclaré Kwok. " La glace fraîche est totalement plate à quelques centimètres près. "

Les premiers mois de données ICESat-2 collectées sur la banquise arctique et antarctique révèlent une glace mince, glace épaisse, et des caractéristiques telles que les crêtes de glace. Zones d'eau libre dans les fissures entre les banquises, appelés prospects, se démarquer dans les données en raison de la différence de réflectivité entre la glace et l'eau. En comparant la hauteur de cette surface d'eau dans les chenaux avec la hauteur de la glace, les scientifiques évaluent le franc-bord et l'épaisseur de la glace. Avec la haute précision de ICESat-2, plus les six faisceaux du satellite prenant des données simultanément, les chercheurs auront une compréhension sans précédent de l'épaisseur de la banquise, qui servira à améliorer la modélisation et les prévisions climatiques.

Plus, la capacité d'identifier les nouveaux formés, la glace mince aidera les chercheurs à suivre les changements saisonniers dans les régions polaires éloignées, et comprendre les processus qui conduisent ces processus. Les données sur l'épaisseur de la glace aideront également les scientifiques à améliorer les modèles informatiques de la réaction de la glace de mer au réchauffement de l'Arctique, ainsi que les prévisions de couverture de glace de mer.

"Nous aurons une résolution beaucoup plus élevée de l'endroit où se trouve la glace et de l'eau dans les zones de glace marginales, où la couverture de glace compacte rencontre l'océan, pendant la fonte et la congélation, " a déclaré Kwok. "Ça va être une nouvelle science à laquelle réfléchir. "

Au-delà de la glace

ICESat-2 est toujours allumé, prendre des mesures non seulement aux pôles mais aussi sous les latitudes tropicales et tempérées, et ce qu'il peut voir a déjà surpris les chercheurs.

"Nous avons tous été surpris de voir les détails incroyables de ICESat-2, grâce à sa technologie de détection, " a déclaré Lori Magruder, chercheur à l'Université du Texas et chef de l'équipe scientifique ICESat-2. « Sur toutes les surfaces, il y avait une fonctionnalité incroyable que nous n'étions pas habitués à voir avec le premier ICESat. »

Par exemple, les photons revenant de l'océan tracent des vagues individuelles. Dans les zones côtières claires, la bathymétrie est visible, parfois aussi profond que 80 pieds (25 mètres), ce qui pourrait aider à la recherche, y compris la modélisation des ondes de tempête, dit Magruder.

Et comme ICESat-2 orbite au-dessus des forêts, il peut distinguer non seulement la cime des arbres mais aussi les canopées intérieures et le sol forestier. Alors que l'équipe ne savait pas à quel point le terrain serait dégagé sous des auvents denses comme ceux que l'on trouve dans les forêts tropicales humides, les données se sont avérées encore meilleures que prévu. En mesurant globalement la hauteur des arbres, la mission ICESat-2 sera en mesure d'améliorer les estimations de la quantité de carbone stocké dans les forêts.

Vérification des chiffres, combler le fossé

Alors que l'équipe scientifique d'ICESat-2 analysait les premiers ensembles de données, des collègues de l'opération IceBridge de la NASA collectaient des données à bord d'avions au-dessus de l'Antarctique, survolant les mêmes trajectoires que celles sur lesquelles le satellite était en orbite.

Sur de vastes plaines de glace ondulante, des pics escarpés perçant la calotte glaciaire, et des lignes de crevasses dévalant les glaciers, la campagne aéroportée a mesuré l'élévation de surface avec les altimètres laser de l'Airborne Topographic Mapper, épaisseur de neige et de glace avec radars, et bathymétrie sous la plate-forme glaciaire avec un gravimètre. Pendant une décennie, IceBridge a arpenté la région, mais cet automne, ils ont également collecté des données pour aider à vérifier l'exactitude d'ICESat-2.

En trois vols distincts, IceBridge a étudié le plateau plat le long de la ligne de latitude 88 degrés sud où toutes les orbites ICESat-2 convergent. D'autres vols tracés à travers les glaciers, des ruisseaux de glace et des montagnes le long de trajectoires satellites individuelles, parfois juste au moment où le satellite passait au-dessus de nos têtes. Pour mesurer la glace de mer, l'équipe IceBridge a volé brièvement à 500 pieds pour mesurer la vitesse du vent, calculé la distance parcourue par la glace depuis qu'ICESat-2 l'a mesurée, puis ajusté la trajectoire de vol pour étudier la même plaque de glace.

"Presque chaque vol a des pistes ICESat-2 intégrées, " a déclaré Joseph MacGregor, Scientifique du projet IceBridge à la NASA Goddard. "Nous survolons des glaciers de sortie en évolution rapide, l'intérieur qui change plus lentement, et des surfaces peu communes qui sont intéressantes pour ICESat-2. L'objectif principal d'IceBridge est de combler le fossé entre ICESat et ICESat-2, c'est donc très gratifiant de savoir que nous terminons ce processus."

Le premier satellite ICESat exploité entre 2003 et 2009, c'est à ce moment qu'IceBridge a commencé ses campagnes. ICESat-2 a été lancé le 15 septembre depuis la base aérienne de Vandenberg en Californie. Son instrument laser, appelé ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), envoie des impulsions lumineuses à la Terre. Il est alors temps, au milliardième de seconde près, combien de temps il faut aux photons individuels pour retourner au satellite. ATLAS a tiré son laser plus de 50 milliards de fois depuis son premier allumage le 30 septembre, et toutes les métriques de l'instrument montrent qu'il fonctionne comme il se doit, dit Neumann.

Les chefs de mission prévoient de publier les données au public au début de 2019.