L'héritage d'ICON : transformer notre compréhension de l'ionosphère

NASALa mission ICON a amélioré notre compréhension de l'impact de l'ionosphère sur la technologie en étudiant ses interactions avec la Terre et la météo spatiale, ouvrant ainsi la voie à une exploration scientifique continue.

• La mission ICON de la NASA a étudié la couche la plus externe de l'atmosphère terrestre appelée l'ionosphère.
• La mission ICON a fourni des informations cruciales sur l'interaction entre la météo spatiale et la météo terrestre. La mission a recueilli des détails sans précédent sur la luminescence atmosphérique, a montré une relation entre les ions de l'atmosphère et les lignes de champ magnétique terrestre et a fourni la première observation concrète confirmant la théorie de longue date de la dynamo ionosphérique de la Terre.
• Près d'un an après qu'ICON ait accompli sa mission principale, la communication a été perdue en novembre 2022 pour des raisons obscures. La NASA a officiellement conclu la mission après plusieurs mois de dépannage sans parvenir à rétablir le contact.

Aperçu de la mission

Après avoir contribué à de nombreuses découvertes importantes sur la frontière entre l'atmosphère terrestre et l'espace, une zone où la météo spatiale peut interférer avec les satellites et les signaux de communication, la mission ICON (Ionospheric Connection Explorer) de la NASA a pris fin. Lancée en octobre 2019, la mission a atteint ses objectifs de mission de deux ans en décembre 2021, avant de poursuivre ses opérations sous forme de mission prolongée pendant un an.

« La mission ICON a vraiment fait honneur à son nom », a déclaré Joseph Westlake, directeur de la division d’héliophysique au siège de la NASA à Washington. « ICON a non seulement rempli avec succès et dépassé ses principaux objectifs de mission, mais elle a également fourni des informations cruciales sur l’ionosphère et l’interaction entre l’espace et la météo terrestre. »

Recherches ionosphériques

Le vaisseau spatial ICON a orbité dans une partie de la couche la plus externe de l'atmosphère de notre planète, appelée l'ionosphère, où il a étudié les événements qui ont un impact sur l'ionosphère, notamment la météo terrestre vue d'en bas et la météo spatiale vue d'en haut. L'ionosphère est la limite la plus basse de l'espace, située entre 55 et 360 miles au-dessus de la surface de la Terre. Elle est composée d'une mer de particules qui ont été ionisées : un mélange d'ions chargés positivement et d'électrons chargés négativement appelés plasma.

Cette frontière de l’espace est une région dynamique et active, qui abrite de nombreux satellites, dont le Station spatiale internationale — et constitue un canal pour les communications radio et GPS Signaux. Les satellites et les signaux peuvent être perturbés par les interactions complexes entre la météo terrestre et spatiale. L'étude et la compréhension de l'ionosphère sont donc essentielles pour comprendre la météo spatiale et ses effets sur notre technologie.

Vidéo expliquant les caractéristiques de l'ionosphère, la couche la plus externe de l'atmosphère terrestre. Elle abrite les aurores boréales, la Station spatiale internationale, divers satellites et des ondes de communication radio. Crédit : NASA/Goddard/Conceptual Image Lab/Krystofer Kim

Données et découvertes révolutionnaires

La mission ICON a capturé des données sans précédent sur l'ionosphère avec des mesures directes du gaz chargé dans son environnement immédiat ainsi que des images de l'une des caractéristiques les plus étonnantes de l'ionosphère : la lueur de l'air.

ICON a suivi les bandes colorées alors qu'elles se déplaçaient dans l'ionosphère. La luminescence atmosphérique est créée par un processus similaire à celui qui crée l'aurore. Cependant, la luminescence atmosphérique se produit partout dans le monde, pas seulement aux latitudes nord et sud où se trouvent généralement les aurores. Bien que la luminescence atmosphérique soit normalement faible, les instruments d'ICON ont été spécialement conçus pour capturer même la plus faible lueur afin de construire une image de la densité, de la composition et de la structure de l'ionosphère.

En mesurant le décalage Doppler, les imageurs sensibles d'ICON ont également détecté le mouvement de l'atmosphère lorsqu'elle brillait. « C'est comme mesurer la vitesse d'un train en détectant le changement de hauteur de son klaxon, mais avec de la lumière », a déclaré Thomas Immel, responsable de la mission ICON à l'Université de Californie à Los Angeles. Université de Californie, BerkeleyLa mission a été spécialement conçue pour réaliser cette mesure techniquement difficile.

Les régions les plus basses de l'espace brillent de bandes lumineuses de couleur appelées « luminosité atmosphérique ». Crédit : NASA/JSC/ESRS

Amélioration de la compréhension scientifique

La vision complète de la haute atmosphère obtenue par la mission ICON a fourni des données précieuses aux scientifiques pour les années à venir. Par exemple, ses mesures ont montré comment l'éruption volcanique de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai en 2022 a perturbé les courants électriques dans l'ionosphère.

« ICON a pu capturer la vitesse de l’éruption volcanique, ce qui nous a permis de voir directement comment elle affectait le mouvement des particules chargées dans l’ionosphère », a déclaré Immel. « C’était un exemple clair du lien entre le climat tropical et la structure ionosphérique. ICON nous a montré comment les événements météorologiques terrestres ont une corrélation directe avec les événements spatiaux. »

Progrès technologiques et scientifiques

Une autre avancée scientifique a été réalisée par ICON, qui a mesuré le mouvement des ions dans l'atmosphère et leur relation avec les lignes de champ magnétique terrestre. « C'était vraiment unique », a déclaré Immel. « Les mesures d'ICON sur le mouvement des ions dans l'atmosphère ont transformé scientifiquement notre compréhension du comportement dans l'ionosphère. »

Grâce à l'aide d'ICON, les scientifiques comprennent mieux comment ces interactions déclenchent un processus appelé la dynamo ionosphérique. La dynamo, qui se trouve au fond de l'ionosphère, est restée un mystère pendant des décennies car elle est difficile à observer.

ICON a permis la première observation concrète des vents qui alimentent la dynamo et de leur influence sur la météo spatiale. Des vents terrestres imprévisibles déplacent le plasma autour de l'ionosphère, envoyant les particules chargées dans l'espace ou en chute libre vers la Terre. Ce bras de fer électrique entre l'ionosphère et les champs électromagnétiques de la Terre agit comme un générateur, créant des champs électriques et magnétiques complexes qui peuvent affecter à la fois la technologie et l'ionosphère elle-même.

« Personne n’avait jamais vu cela auparavant », a déclaré Immel. « ICON a finalement et de manière concluante fourni une confirmation expérimentale de la théorie de la dynamo éolienne. »

Conclusion de la mission et héritage

Le 25 novembre 2022, l'équipe ICON a perdu le contact avec le vaisseau spatial. La communication avec le vaisseau spatial n'a pas pu être établie, même après avoir effectué une réinitialisation du cycle d'alimentation à l'aide d'un minuteur de perte de commande intégré. Bien que le vaisseau spatial soit resté intact, d'autres techniques de dépannage n'ont pas permis de rétablir le contact entre le vaisseau spatial ICON et les opérateurs de la mission.

« L'héritage d'ICON perdurera grâce aux connaissances révolutionnaires qu'il a fournies pendant sa période d'activité et au vaste ensemble de données issues de ses observations qui continueront à produire de nouvelles connaissances scientifiques », a déclaré Westlake. « ICON sert de base aux nouvelles missions à venir. »