La prochaine tentative de la NASA de cartographier les taches invisibles dans l'atmosphère qui ont un impact sur le changement climatique et la qualité de l'air a commencé à partir d'un siège de fenêtre au-dessus du Pacifique.

Vanderlei Martins, professeur à l'Université du Maryland dans le comté de Baltimore, était en train de traverser l'océan Pacifique il y a quelques années lorsqu'il a regardé par la fenêtre et a décidé de photographier les nuages ​​blancs brillants qui flottaient à côté. Sur un coup de tête, il a sorti un polariseur, semblable à une lentille de lunettes de soleil, et tourné devant son appareil photo pendant qu'il prenait des photos. Le résultat? "J'ai vu des arcs-en-ciel dans les nuages, ", a déclaré Martins.

Cette vue dynamique des nuages ​​a suscité l'idée d'un petit satellite qui sera lancé le 2 novembre depuis l'installation de vol Wallops de la NASA sur l'île Wallops, Virginie, à la Station spatiale internationale. De là, il sera mis en orbite terrestre.

Ce CubeSat financé par la NASA collectera des informations vitales sur les nuages ​​et les aérosols, de minuscules particules dans l'atmosphère qui peuvent agir comme des noyaux sur lesquels se forment des gouttelettes de nuages ​​et des particules de glace. Ces mesures nous aideront à mieux comprendre l'impact des particules d'aérosol sur les conditions météorologiques, le climat et la qualité de l'air.

Le CubeSat Hyper-Angular Rainbow Polarimeter (HARP) a à peu près la taille d'une miche de pain copieuse. Ce sera la première tentative de mettre un polarimètre, qui mesure la polarisation de la lumière, à bord d'un CubeSat. HARP pourrait ouvrir la voie à de futures missions de la NASA impliquant une constellation de petits satellites scrutant les nuages ​​et les aérosols, dit Martins. Le Earth Science Technology Office de la NASA finance HARP dans le cadre du programme In-Space Validation of Earth Science Technologies. Martin dans l'investigateur principal de la mission.

"HARPE, en tant que première mission CubeSat nuage-aérosol à large champ de vision multiangle, est un excellent exemple de la façon dont une équipe créative et innovante peut faire progresser de nouvelles technologies pour les observations scientifiques atmosphériques, " dit Charles Norton, conseiller spécial pour les missions de petits engins spatiaux au siège de la NASA à Washington.

Nuageux avec un risque d'arcs-en-ciel

Aérosols produits naturellement, comme la fumée volcanique, poussière du désert et embruns marins, et les aérosols d'origine humaine, comme la fumée des feux de défrichement et le sulfate de la combustion du charbon et du pétrole, peut être invisible à l'œil humain, mais leur présence peut créer une brume et créer des couchers de soleil rouge vif. Les aérosols peuvent contribuer à la mauvaise qualité de l'air et avoir un impact sur la santé humaine en provoquant de l'asthme et des bronchites ainsi que des maladies respiratoires plus graves.

Les aérosols peuvent également modifier le bilan énergétique de la Terre en réfléchissant la lumière du soleil dans l'espace et en modifiant les particules des nuages, qui reflètent et absorbent également la lumière du soleil. Plus un aérosol réfléchit de lumière, plus il refroidit l'atmosphère; plus il absorbe de lumière, plus il réchauffe l'atmosphère. Généralement, des concentrations plus élevées de particules d'aérosol conduisent à plus, mais plus petit, gouttelettes de nuage qui éclaircissent un nuage et l'empêchent de produire de la pluie. Ces lumineux, les nuages ​​de longue durée sont capables de refléter plus de lumière solaire et de refroidir le système terrestre.

Une fois en orbite, HARP filtrera la lumière en quatre longueurs d'onde et fera pivoter cette lumière selon trois angles de polarisation, à l'aide de son prisme. Tout comme les lunettes de soleil polarisées aident à bloquer la lumière vive pour vous aider à voir quand il fait beau, HARP peut bloquer certaines longueurs d'onde et faire des observations sous de nombreux angles. Cela révèle des propriétés autrement cachées des nuages ​​et des aérosols, comme la quantité et le type d'aérosols dans l'atmosphère ainsi que la taille des gouttelettes d'eau ou des particules de glace à l'intérieur des nuages. « A chaque fois que HARP survole une région, nous voyons cette région sous plusieurs angles, ", a déclaré Martins.

Il pourra également déterminer la quantité de lumière diffusée par les particules d'aérosol, dit Henrique Barbosa, professeur et scientifique à l'Université de São Paulo à São Paulo, Brésil. "HARP sera en mesure de fournir beaucoup plus d'informations sur les propriétés microphysiques des aérosols que ce qui était disponible auparavant, " dit Barbosa, qui collabore avec Martins sur HARP et d'autres projets.

Cependant, l'équipe devra déterminer stratégiquement quand HARP collectera les données car il s'agit d'un CubeSat avec des capacités de puissance et de données limitées, dit Barbosa. Par exemple, une fois HARP en orbite, il aimerait qu'il collecte des données sur l'Amazonie pour en savoir plus sur l'impact des incendies en cours dans la forêt amazonienne brésilienne, qui ont été beaucoup plus importantes et intenses que les années précédentes.

La fumée des incendies amazoniens comprend de la suie et des aérosols, qui peuvent tous avoir un impact sur le temps et le climat. Les aérosols provenant de la combustion de la biomasse pour défricher la terre sont plus petits que les aérosols naturels. Avec HARPE, les scientifiques pourraient déterminer si les nuages ​​sont plus petits, gouttelettes polluées, ou plus grand, gouttelettes d'origine naturelle. Les données de HARP pourraient également être combinées avec des observations et des expériences au sol pour mieux extrapoler ces résultats et révéler les processus d'aérosols dans une région plus large, dit Barbosa.

Les trois HARP

Martins a peut-être commencé avec l'idée de HARP en tant que CubeSat, mais avant que le petit satellite ne puisse être lancé, il avait deux frères et sœurs :AirHARP et HARP2.

AirHARP a utilisé la même technologie de polarimètre que HARP mais a volé à bord de deux avions plutôt que d'un satellite en 2017. AirHARP faisait partie de la campagne de mesures de l'ozone du lac Michigan, qui impliquait un avion UC12 de la NASA, et la campagne NASA Aerosol Characterization from Polarimeter and Lidar, qui a obtenu des mesures d'aérosols et de nuages ​​au-dessus des États-Unis à partir de l'avion ER-2 à haute altitude de la NASA.

"Nous avons pu simuler ce que ferait HARP depuis l'espace, " Barbosa a déclaré à propos des vols d'AirHARP. La version aéroportée a aidé Barbosa et Martins à développer des procédures et des algorithmes qui permettront éventuellement de télécharger et de digérer les données de HARP.

Cependant, contrairement à AirHARP, qui était sur une trajectoire de vol définie, HARP ne peut pas être contrôlé une fois dans l'espace. "Une fois que le CubeSat quitte la station spatiale, son cours est ce qu'il sera, et c'est tout, " a déclaré Barbosa. Une fois que les scientifiques au sol ont pris contact avec le HARP en orbite, ils peuvent prédire son orbite et l'activer et le désactiver lorsqu'ils souhaitent prendre une mesure sur une région particulière, mais ils ne peuvent pas modifier son cours.

HARPE2, d'autre part, sera une version beaucoup plus puissante de HARP. HARP2 volera avec le plancton de la NASA, Aérosol, Nuage, mission Ecosystème océanique (PACE), qui est actuellement en cours de développement et prévoit d'améliorer le record de plus de 20 ans d'observations par satellite de la biologie océanique mondiale de la NASA, aérosols et nuages. Étant donné que PACE est un vaisseau spatial beaucoup plus grand avec plus de capacités de puissance et une équipe beaucoup plus grande derrière lui, HARP2 pourra fonctionner à tout moment et collecter beaucoup plus de données scientifiques que HARP.

"Le HARP CubeSat a un timing parfait, " a déclaré Martins. " Une fois que nous l'avons lancé et que nous en avons obtenu des données, nous utiliserons ces données pour préparer HARP2, " il a continué.

Le petit CubeSat qui a enfin pu

Bien que Martins planifie déjà la prochaine itération de HARP, le premier n'a presque pas eu lieu.

"Je veux obtenir autant de science que possible, " Martins a dit, mais collecter autant de données avec un CubeSat est un défi. "HARP est le CubeSat à trois unités le plus dense en technologie que nous ayons jamais essayé, " a déclaré Tim Neilsen, le responsable du programme HARP au Space Dynamics Laboratory (SDL) de Logan, Utah. Martins a construit les instruments et SDL a construit le CubeSat.

À l'approche du lancement de HARP, et de nouvelles opportunités de voir et d'étudier les aérosols se rapprochent, Martins est excité mais un peu nerveux. "Une fois lancé, tu ne peux plus y toucher, ", a déclaré Martins.