La NASA s'apprête à lancer trois fusées-sondes pendant l'éclipse solaire totale de 2024 pour étudier la réponse de l'ionosphère, en utilisant le projet Atmospheric Perturbations around Eclipse Path (APEP), avec des lancements coordonnés avant, pendant et après l'éclipse pour surveiller les perturbations de communication. Crédit : Issues.fr.com
NASALa mission APEP menée pendant l'éclipse solaire totale de 2024 vise à approfondir les connaissances sur la manière dont les éclipses solaires affectent l'ionosphère et les systèmes de communication de la Terre, impliquant des lancements de fusées en direct et des recherches scientifiques collaboratives.
La NASA lancera trois fusées-sondes lors de l'éclipse solaire totale du 8 avril 2024, pour étudier comment la haute atmosphère terrestre est affectée lorsque la lumière du soleil diminue momentanément sur une partie de la planète.
Les fusées-sondes Atmospheric Perturbations around Eclipse Path (APEP) seront lancées depuis le Wallops Flight Facility de la NASA en Virginie pour étudier les perturbations de l'ionosphère créées lorsque la Lune éclipse le Soleil. Les fusées-sondes avaient déjà été lancées et récupérées avec succès depuis l’installation d’essai de White Sands au Nouveau-Mexique, lors de l’éclipse solaire annulaire d’octobre 2023. Ils ont été rénovés avec de nouvelles instruments et seront relancés en avril 2024. La mission est dirigée par Aroh Barjatya, professeur d'ingénierie physique à l'Université aéronautique Embry-Riddle en Floride, où il dirige le laboratoire d'instrumentation spatiale et atmosphérique.
Cette photo montre les trois fusées-sondes APEP et l'équipe de support après un assemblage réussi. Le chef d'équipe, Aroh Barjatya, se trouve en haut au centre, à côté des garde-corps au deuxième étage. Crédit : NASA/Berit Bland
L'effet de l'éclipse sur l'ionosphère et la communication
Les fusées-sondes seront lancées à trois moments différents : 45 minutes avant, pendant et 45 minutes après le pic de l'éclipse locale. Ces intervalles sont importants pour collecter des données sur la manière dont la disparition soudaine du Soleil affecte l'ionosphère, créant des perturbations susceptibles d'interférer avec nos communications.
L'ionosphère est une région de l'atmosphère terrestre située entre 90 et 500 kilomètres au-dessus du sol. « C'est une région électrifiée qui reflète et réfracte les signaux radio, et a également un impact sur les communications par satellite lorsque les signaux passent », a déclaré Barjatya. « Comprendre l'ionosphère et développer des modèles pour nous aider à prédire les perturbations est crucial pour garantir le bon fonctionnement de notre monde de plus en plus dépendant des communications. »
Cette animation conceptuelle est un exemple de ce que les observateurs pourraient s'attendre à voir lors d'une éclipse solaire totale, comme celle qui se produira au-dessus des États-Unis le 8 avril 2024. Studio de visualisation scientifique de la NASA
Défis et opportunités dans la recherche ionosphérique
L'ionosphère constitue la frontière entre la basse atmosphère terrestre – où nous vivons et respirons – et le vide de l'espace. Il est constitué d'un océan de particules qui sont ionisées ou chargées électriquement à cause de l'énergie du Soleil ou du rayonnement solaire. À la tombée de la nuit, l’ionosphère s’amincit à mesure que les particules précédemment ionisées se détendent et se recombinent en particules neutres. Cependant, la météo terrestre et la météo spatiale de la Terre peuvent avoir un impact sur ces particules, ce qui en fait une région dynamique et difficile de savoir à quoi ressemblera l'ionosphère à un moment donné.
Une animation représente les changements dans l'ionosphère sur une période de 24 heures. Les bandes rouges et jaunes représentent des particules ionisées à haute densité pendant la journée. Les points violets représentent des particules neutres et détendues la nuit. Crédit : NASA/Krystofer Kim
Il est souvent difficile d'étudier les changements à court terme dans l'ionosphère lors d'une éclipse avec des satellites, car ils peuvent ne pas être au bon endroit ou au bon moment pour traverser la trajectoire de l'éclipse. Puisque la date et l’heure exactes de l’éclipse solaire totale sont connues, la NASA peut lancer des fusées-sondes ciblées pour étudier les effets de l’éclipse au bon moment et à toutes les altitudes de l’ionosphère.
Lorsque l'ombre de l'éclipse traverse l'atmosphère, elle crée un coucher de soleil rapide et localisé qui déclenche des ondes atmosphériques à grande échelle et des perturbations à petite échelle. Ces perturbations affectent différentes fréquences de communication radio. La collecte de données sur ces perturbations aidera les scientifiques à valider et à améliorer les modèles actuels qui aident à prédire les perturbations potentielles de nos communications, en particulier celles à haute fréquence.
L'animation représente les ondes créées par les particules ionisées lors de l'éclipse solaire totale de 2017. Crédit : Observatoire de la botte de foin du MIT/Shun-rong Zhang. Zhang, S.-R., Erickson, PJ, Goncharenko, LP, Coster, AJ, Rideout, W. et Vierinen, J. (2017). Ondes d'arc ionosphériques et perturbations induites par l'éclipse solaire du 21 août 2017. Lettres de recherche géophysique, 44(24), 12 067-12 073. https://doi.org/10.1002/2017GL076054.
Les fusées APEP devraient atteindre une altitude maximale de 260 miles (420 kilomètres). Chaque fusée mesurera la densité des particules chargées et neutres ainsi que les champs électriques et magnétiques environnants. « Chaque fusée éjectera quatre instruments secondaires de la taille d'une bouteille de soda de deux litres qui mesurent également les mêmes points de données, ce qui est similaire aux résultats de quinze fusées, tout en n'en lançant que trois », a expliqué Barjatya. Trois instruments secondaires sur chaque fusée ont été construits par Embry-Riddle et le quatrième a été construit au Dartmouth College dans le New Hampshire.
Activités scientifiques collaboratives
En plus des fusées, plusieurs équipes aux États-Unis mesureront également l’ionosphère par divers moyens. Une équipe d'étudiants d'Embry-Riddle déploiera une série de ballons à haute altitude. Des co-chercheurs du Haystack Observatory du Massachusetts Institute of Technology dans le Massachusetts et du laboratoire de recherche de l'Air Force au Nouveau-Mexique exploiteront divers radars au sol pour prendre des mesures. À l’aide de ces données, une équipe de scientifiques d’Embry-Riddle et du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins affine les modèles existants. Ensemble, ces diverses recherches contribueront à fournir les pièces du puzzle nécessaires pour avoir une vue d’ensemble de la dynamique de l’ionosphère.
Une fusée-sonde est capable de transporter des instruments scientifiques entre 30 et 300 milles au-dessus de la surface de la Terre. Ces altitudes sont généralement trop élevées pour les ballons scientifiques et trop basses pour que les satellites puissent y accéder en toute sécurité, ce qui fait des fusées-sondes les seules plates-formes capables d'effectuer des mesures directes dans ces régions. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Anticipation de la prochaine éclipse totale
Lorsque les fusées-sondes APEP ont été lancées lors de l’éclipse solaire annulaire de 2023, les scientifiques ont constaté une forte réduction de la densité des particules chargées à mesure que l’ombre de l’éclipse annulaire passait au-dessus de l’atmosphère. « Nous avons constaté des perturbations susceptibles d'affecter les communications radio dans les deuxième et troisième fusées, mais pas lors de la première fusée qui s'est produite avant le pic de l'éclipse locale », a déclaré Barjatya. « Nous sommes très excités de les relancer pendant l'éclipse totale, pour voir si les perturbations commencent à la même altitude et si leur ampleur et leur échelle restent les mêmes. »
La prochaine éclipse solaire totale au-dessus des États-Unis voisins n’aura pas lieu avant 2044. Ces expériences constituent donc une opportunité rare pour les scientifiques de collecter des données cruciales.
Les lancements de l'APEP seront diffusés en direct via la page YouTube officielle de Wallops de la NASA et présentés dans la diffusion officielle de l'éclipse solaire totale de la NASA. Le public peut également assister aux lancements en personne de 13 heures à 16 heures au NASA Wallops Flight Facility Visitor Center.
