Laps de temps du lancement de Super Soaker. Trois fusées lancées avec la mission, deux utilisant des traceurs de vapeur pour suivre le mouvement du vent et un libérant une cartouche d'eau pour ensemencer un nuage mésosphérique polaire. Le faisceau laser vert visible en haut à gauche est le faisceau LIDAR utilisé pour mesurer le nuage artificiel. Crédit :Wallops Flight Facility de la NASA/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi
Depuis la fin des années 1800, les observateurs ont recherché les cieux polaires à la recherche d'insaisissables, nuages de haut vol qui brillent dans l'obscurité. Ces nuages polaires mésosphériques, ou PMC, sont des essaims vaporeux de cristaux de glace qui se forment à la fin du printemps et en été sur les pôles Nord et Sud. Les observateurs les repèrent mieux au crépuscule, quand le Soleil les éclaire d'au-delà de l'horizon contre un ciel sombre. Plus qu'une jolie vue, ils détiennent également des indices sur ce qui se passe dans l'atmosphère terrestre.
"Ce qui a suscité beaucoup d'intérêt pour ces nuages, c'est leur sensibilité - ils se produisent juste à la limite de la viabilité dans la haute atmosphère, où il fait incroyablement sec et incroyablement froid, " a déclaré Richard Collins, physicien de l'espace à l'Université d'Alaska, Fairbanks et auteur principal de l'article. "Ils sont un indicateur très sensible des changements dans la haute atmosphère - des changements de température et/ou des changements de vapeur d'eau."
Collins et ses collaborateurs ont soupçonné que les PMC pourraient être associés au refroidissement dans la haute atmosphère et il s'est mis à essayer de comprendre la microphysique du processus. Dans un nouvel article publié dans le Journal de recherche géophysique , ils ont partagé les résultats de la mission Super Soaker de la NASA, une petite fusée suborbitale lancée en Alaska, montrant que la vapeur d'eau dans notre haute atmosphère peut abaisser précipitamment la température environnante et initier l'un de ces nuages brillants.
Pour tester cela, ils ont décidé de libérer une petite quantité d'eau et de créer leur propre PMC. Ils ont été spécifiquement lancés à un moment - janvier dans l'Arctique - qui est généralement inhospitalier à la formation de PMC, en espérant qu'ils pourraient néanmoins en catalyser un.
« Nous voulions nous assurer d'éviter de mélanger des PMC créés artificiellement et d'origine naturelle, " a déclaré Irfan Azeem, physicien de l'espace chez Astra, SARL à Louisville, Colorado et chercheur principal de la mission Super Soaker. "De cette façon, nous pourrions être sûrs que tout PMC que nous avons observé était attribuable à l'expérience Super Soaker."
Nuages polaires mésosphériques capturés par l'équipage de l'expédition 31 depuis la Station spatiale internationale le 13 juin 2012. Crédit :Centre spatial Johnson de la NASA/Station spatiale internationale
La fusée Super Soaker lancée au petit matin du 26 janvier 2018, de la gamme de recherche Poker Flat à Fairbanks, Alaska. Il a atteint une altitude d'environ 53 miles lorsque l'équipe a déclenché l'explosion de leur bidon d'environ 485 livres d'eau. Dix-huit secondes plus tard, le faisceau d'un radar laser au sol a détecté le faible écho d'un PMC.
Les chercheurs ont branché ces mesures dans un modèle qui simule la production de PMC. Ils voulaient savoir comment l'air où l'eau était libérée aurait dû changer afin de créer un PMC comme celui qu'ils ont observé.
"Nous n'avons pas de mesures directes de la température du nuage, mais nous pouvons déduire ce changement de température en fonction de ce que nous pensons être requis pour la formation du nuage, ", a déclaré Collins.
Le modèle a montré qu'un refroidissement important a dû se produire. "La seule façon avec la quantité d'eau présente que nous puissions obtenir une forme de nuage était de dire que dans le corps du nuage, il y a eu une baisse de température d'environ 45 degrés Fahrenheit (25 degrés Celsius)." les résultats suggérés, conduit à une baisse importante de la température locale.
"C'est la première fois que quelqu'un démontre expérimentalement que la formation de PMC dans la mésosphère est directement liée au refroidissement par la vapeur d'eau elle-même, " a déclaré Azeem.
Un test au sol de la libération du bidon d'eau. Crédit :Wallops Flight Facility de la NASA
Le document poursuit en reliant les résultats à la réalité du trafic spatial, car la vapeur d'eau est un sous-produit courant des satellites et des lancements de fusées. Au temps de la navette spatiale, par exemple, un seul lancement était responsable d'environ 20 % de la masse de glace PMC observée au cours d'une saison.
Mais plus de vapeur d'eau ne signifie pas que la température chute sans limites, Collins explique. Les PMC agissent comme un thermostat. Lorsque la vapeur d'eau gèle, il se transforme en cristaux de glace. Mais ces cristaux de glace absorbent la chaleur encore mieux que l'eau sous forme de vapeur. Au fur et à mesure que les cristaux de glace se réchauffent, ils finissent par se sublimer en vapeur, et le cycle se répète.
"Et donc il y a un yo-yo d'avant en arrière, réguler la température du changement produit par la vapeur d'eau injectée, ", a déclaré Collins.
Toujours, l'augmentation de la vapeur d'eau affectera comment et quand les PMC se forment. Pour ceux qui cherchent à prédire la formation de PMC, le suivi de la vapeur d'eau naturelle et injectée par l'homme sera la clé du succès.
"Cela dépend de la quantité de trafic spatial, sur ce qui se passe si le bilan de vapeur d'eau là-haut augmente, " a déclaré Collins. " Si nous avions une quantité importante de nouveau trafic, nous ne sommes plus dans un environnement naturel ambiant et nous devrions commencer à modéliser cela. "
