Un détective de la poussière de la NASA livre les premières cartes de l’espace pour la science du climat

La mission Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT) de la NASA à bord de la Station spatiale internationale a produit ses premières cartes minérales, fournissant des images détaillées qui montrent la composition de la surface dans les régions du nord-ouest du Nevada et de la Libye dans le désert du Sahara.

Les zones désertiques venteuses telles que celles-ci sont les sources de fines particules de poussière qui, lorsqu’elles sont soulevées par le vent dans l’atmosphère, peuvent réchauffer ou refroidir l’air ambiant. Mais les scientifiques n’ont pas été en mesure d’évaluer si poussière minérale dans l’atmosphère a des effets globaux de réchauffement ou de refroidissement à l’échelle locale, régionale et mondiale. Les mesures d’EMIT les aideront à faire progresser les modèles informatiques et à améliorer notre compréhension des impacts de la poussière sur le climat.

Les scientifiques d’EMIT du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et de l’US Geological Survey ont créé les cartes pour tester la précision des mesures de l’instrument, une première étape cruciale dans la préparation d’opérations scientifiques complètes.

Installé sur la station spatiale en juillet, EMIT est le premier d’une nouvelle classe de spectromètres d’imagerie haute fidélité qui collectent des données depuis l’espace et produisent des données de meilleure qualité à des volumes plus importants que les instruments précédents.

“Il y a des décennies, quand j’étais à l’université, il fallait 10 minutes pour collecter un seul spectre d’un échantillon géologique en laboratoire. EMIT’s spectromètre d’imagerie mesure 300 000 spectres par seconde, avec une qualité supérieure », a déclaré Robert Green, chercheur principal de l’EMIT et chercheur principal au JPL.

“Les données que nous obtenons d’EMIT nous donneront plus d’informations sur le réchauffement et le refroidissement de la Terre, et sur le rôle que joue la poussière minérale dans ce cycle. Il est prometteur de voir la quantité de données que nous obtenons de la mission dans un tel peu de temps », a déclaré Kate Calvin, scientifique en chef de la NASA et conseillère principale sur le climat. “EMIT est l’un des sept instruments des sciences de la Terre de la Station spatiale internationale qui nous donne plus d’informations sur la façon dont notre planète est affectée par changement climatique.”

EMIT analyse la lumière réfléchie par la Terre, la mesurant à des centaines de longueurs d’onde, du visible à l’infrarouge du spectre. Différents matériaux réfléchissent la lumière dans différentes longueurs d’onde. Les scientifiques utilisent ces modèles, appelés empreintes spectrales, pour identifier les minéraux de surface et localiser leurs emplacements.

Cartographier les minéraux

La carte du Nevada se concentre sur une zone montagneuse à environ 209 kilomètres au nord-est du lac Tahoe, révélant des endroits dominés par la kaolinite, un minéral de couleur claire dont les particules diffusent la lumière vers le haut et refroidissent l’air lorsqu’elles se déplacent dans l’atmosphère. La carte et l’empreinte spectrale correspondent étroitement à celles recueillies à partir d’avions en 2018 par le spectromètre d’imagerie visible/infrarouge aéroporté (AVIRIS), des données qui ont été vérifiées à l’époque par des géologues. Les chercheurs utilisent cette comparaison et d’autres pour confirmer l’exactitude des mesures d’EMIT.

L’autre carte minérale montre des quantités importantes de kaolinite ainsi que deux oxydes de fer, l’hématite et la goethite, dans une partie peu peuplée du Sahara à environ 800 kilomètres au sud de Tripoli. Les particules de poussière de couleur plus foncée provenant de zones riches en oxyde de fer absorbent fortement l’énergie du soleil et réchauffent l’atmosphère, affectant potentiellement le climat.

Actuellement, il existe peu ou pas d’informations sur la composition de la poussière provenant de certaines parties du Sahara. En fait, les chercheurs ne disposent d’informations détaillées sur les minéraux que sur environ 5 000 échantillons de sol du monde entier, ce qui les oblige à faire des déductions sur la composition de la poussière.

EMIT rassemblera des milliards de nouvelles mesures spectroscopiques sur six continents, comblant ce manque de connaissances et faisant progresser la science du climat. “Grâce à cette performance exceptionnelle, nous sommes sur la bonne voie pour cartographier de manière exhaustive les minéraux des régions arides de la Terre – environ 25 % de la surface terrestre de la Terre – en moins d’un an et atteindre nos objectifs en matière de climatologie”, a déclaré Green.

Les données d’EMIT seront également disponibles gratuitement pour un large éventail d’enquêtes, y compris, par exemple, la recherche de minéraux d’importance stratégique tels que le lithium et les éléments de terres rares. De plus, la technologie de l’instrument jette les bases de la future mission satellitaire de biologie et géologie de surface (SBG), qui fait partie de l’Observatoire du système terrestre de la NASA, un ensemble de missions visant à lutter contre le changement climatique.

Technologie pionnière

EMIT trouve ses racines dans la technologie du spectromètre imageur que le spectromètre imageur aéroporté (AIS) de la NASA a démontré pour la première fois en 1982. Conçu pour identifier les minéraux à la surface de la Terre à partir d’un avion de recherche à basse altitude, l’instrument a fourni des résultats surprenants presque immédiatement. Au cours des premiers vols d’essai près de Cuprite, au Nevada, AIS a détecté la signature spectrale unique de la buddingtonite, un minéral qui n’a été vu sur aucune carte géologique antérieure de la région.

Ouvrant la voie aux futurs spectromètres lors de son introduction en 1986, AVIRIS, l’instrument aéroporté qui a succédé à l’AIS, a étudié la géologie, la fonction des plantes et la fonte des neiges alpines, entre autres phénomènes naturels. Il a également cartographié la pollution chimique sur les sites du Superfund et étudié les déversements de pétrole, y compris la fuite massive de Deepwater Horizon en 2010. Et il a survolé le site du World Trade Center à Manhattan après les attentats du 11 septembre, localisant les incendies incontrôlés et cartographiant la composition des débris dans le débris.

Au fil des ans, à mesure que l’optique, les réseaux de détecteurs et les capacités informatiques ont progressé, des spectromètres d’imagerie capables de résoudre des cibles plus petites et des différences plus subtiles ont volé avec des missions à travers le système solaire.

Un spectromètre d’imagerie construit par le JPL sur la sonde Chandrayaan-1 de l’Organisation indienne de recherche spatiale a mesuré des signes d’eau sur la Lune en 2009. Europa Clipper de la NASA, qui sera lancé en 2024, s’appuiera sur un spectromètre d’imagerie pour aider les scientifiques à évaluer si la lune jovienne glacée a des conditions qui pourraient soutenir la vie.

Des spectromètres très avancés développés par le JPL feront partie du prochain Lunar Trailblazer de la NASA – qui déterminera la forme, l’abondance et la distribution de l’eau sur la Lune et la nature du cycle de l’eau lunaire – et sur les satellites qui seront lancés par l’organisation à but non lucratif Carbon Mapper , visant à repérer les sources ponctuelles de gaz à effet de serre depuis l’espace.

“La technologie a pris des directions que je n’aurais jamais imaginées”, a déclaré Gregg Vane, le chercheur du JPL dont les études supérieures en géologie ont inspiré l’idée du spectromètre imageur original. “Maintenant, avec EMIT, nous l’utilisons pour regarder notre propre planète depuis l’espace pour d’importants recherche sur le climat.”