Un nouveau satellite de la NASA pour percer les mystères des nuages ​​et des aérosols

Certaines des propriétés de la lumière et de l’optique qui rendent le ciel bleu et provoquent des arcs-en-ciel peuvent également aider les scientifiques à percer les mystères de la formation des nuages ​​et des effets des minuscules particules dans notre air.

La prochaine mission PACE de la NASA offrira des informations importantes sur les particules aéroportées de sel marin, de fumée, de polluants d’origine humaine et de poussière, collectivement appelés aérosols, en observant comment ils interagissent avec la lumière. Grâce aux données PACE, les scientifiques apporteront de meilleures réponses à des questions clés telles que la manière dont les aérosols affectent la formation des nuages ​​ou la différence entre les nuages ​​de glace et les nuages ​​​​liquides. Comprendre la nature des particules et des nuages ​​en suspension dans l’air est essentiel pour comprendre l’évolution du climat et de la qualité de l’air.

Deux instruments de la prochaine mission PACE de la NASA examineront les aérosols et les nuages ​​: le A et le C au nom du satellite Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem. Après son lancement début 2024, la mission PACE scannera la Terre et collectera des données sur la composition chimique, le mouvement et l’interaction des aérosols et des nuages ​​grâce à l’utilisation de deux polarimètres de pointe, des instruments qui mesurent les propriétés de la lumière.

Il existe des caractéristiques de la lumière que nous pouvons voir avec nos yeux, comme la couleur. D’autres caractéristiques sont invisibles à l’œil humain, comme ce que les scientifiques appellent la polarisation.

“La polarisation est quelque chose pour laquelle nous n’avons pas de sens intuitif parce que nos yeux ne la voient pas”, a déclaré Kirk Knobelspiesse, responsable de la polarimétrie pour la mission PACE au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Si vous voyiez le monde avec des yeux capables de voir la polarisation, comme nos capteurs le peuvent, vous verriez des arcs-en-ciel partout.”

La lumière qui quitte le soleil se déplace dans toutes les directions comme une onde : c’est ce qu’on appelle la lumière non polarisée, a déclaré Brian Cairns, scientifique adjoint du projet PACE. Cependant, lorsqu’elle interagit avec quelque chose comme un nuage ou une particule d’aérosol, la lumière peut osciller davantage dans une direction que dans les autres : il s’agit désormais de lumière polarisée. Cette bizarrerie du comportement de la lumière peut aider les scientifiques à en apprendre davantage sur les caractéristiques et les interactions des aérosols et des gouttelettes d’eau dans le ciel.

Les polarimètres mesurent l’angle selon lequel la lumière est polarisée, ce qui révèle les caractéristiques spécifiques de ce sur quoi la lumière a rebondi. Grâce à ces instruments, les scientifiques peuvent reconstituer la taille, la composition, l’abondance et d’autres caractéristiques des particules présentes dans l’atmosphère.

Les deux polarimètres du PACE (HARP2 et SPEXone) forment une excellente paire en raison des différences complémentaires dans ce qu’ils mesurent. HARP2, construit à l’Université du Maryland, dans le comté de Baltimore, observera quatre longueurs d’onde de lumière sous 60 angles différents. SPEXone, construit à l’Institut néerlandais de recherche spatiale (SRON) et à Airbus Nederland BV, observera une bande plus étroite, en utilisant cinq angles de vue mais en regardant la lumière à une résolution hyperspectrale, soit la gamme complète de couleurs d’un arc-en-ciel. Ensemble, les polarimètres offriront une image de l’atmosphère terrestre avec des détails sans précédent.

Les scientifiques observent les aérosols depuis l’espace depuis des décennies, même si la communauté ne dispose pas de données de polarimétrie depuis une décennie, a noté Otto Hasekamp, ​​scientifique principal au SRON. PACE fournira des données polarimétriques à partir de plusieurs points de vue et, grâce aux progrès technologiques des instruments, les données seront de meilleure qualité que jamais.

“C’est passionnant de voir le point culminant du travail actif sur des modèles et des prototypes d’instruments”, a déclaré Jeroen Rietjens, scientifique en instrumentation au SRON, “puis de voir enfin l’instrument aboutir sur un vrai satellite”.

Après le lancement de PACE début 2024, le satellite scannera la Terre tous les deux jours, collectant d’immenses quantités de données sur la composition chimique, le mouvement et l’interaction des aérosols et des nuages.

“Nous voulons mesurer les propriétés des aérosols car ils affectent le climat”, a déclaré Hasekamp. Ils réfléchissent la lumière dans l’espace et peuvent également l’absorber, ce qui joue un rôle dans la quantité d’énergie solaire qui atteint la surface de la Terre. Les aérosols affectent également la formation et les propriétés des nuages, mais les détails de ces relations ne sont pas entièrement connus des scientifiques. Les données recueillies par PACE aideront à clarifier certaines de ces inconnues.

Les nouvelles données polarimétriques offriront également des informations en temps réel sur la pollution atmosphérique. “Les mesures PACE répondront non seulement à des questions scientifiques fondamentales, mais amélioreront également la qualité de vie des gens”, a déclaré Marcela Loría-Salazar, professeure adjointe à l’École de météorologie de l’Université d’Oklahoma et première adoptante du PACE. Le programme PACE Early Adopters promeut l’intégration des données PACE dans les applications pratiques de la science.

Loría-Salazar s’intéresse particulièrement à la façon dont les aérosols évoluent dans le temps et selon le lieu, en mettant davantage l’accent sur l’altitude des aérosols au centre des États-Unis. Là-bas, PACE permettra aux scientifiques d’identifier les aérosols, tout en déchiffrant leur signification pour la qualité de l’air.

Les mesures des polarimètres du PACE contribueront également à améliorer notre compréhension du climat terrestre. En ajoutant les données atmosphériques PACE aux modèles, les scientifiques pourront remplacer les estimations désormais utilisées pour combler les lacunes de données dans ces modèles par des données issues des mesures actuelles.

“J’espère aider à rassembler les données qui réduiront l’incertitude des modèles et nous aideront à faire de meilleures prévisions sur l’évolution de notre climat au cours des décennies et des siècles à venir”, a déclaré Knobelspiesse.