Vue d’artiste du satellite ICON. L’ionosphère émet des radiations de différentes couleurs qui constituent la luminescence atmosphérique, appelée airglow. Ces teintes respectives traduisent les changements de composition de l’ionosphère terrestre ainsi que les réactions physico-chimiques qui les gouvernent. Credit : NASA
Le satellite ICON, lancé en octobre dernier, vient de livrer ses premières images. Développé par l’Université de Berkeley pour la NASA, ICON doit permettre de mieux comprendre les interactions entre l’environnement spatial et l’atmosphère terrestre. Ces dernières constituent en effet une source importante de perturbations des systèmes de positionnement et de télécommunication. Une mission à laquelle participent des chercheurs du LPAP (STAR Institute) et du Centre Spatial de Liège.
C'
est ce mardi 10 décembre 2019, durant la réunion annuelle de l’American Geophysical Union à San Francisco, que la NASA a révélé les premières images de l’ionosphère terrestre prises par le satellite ICON, lancé en octobre dernier. Une aventure à laquelle prend part l’Université de Liège. En effet, le Centre Spatial de Liège (CSL) a collaboré étroitement avec l’Université de Berkeley en optimisant la conception, le développement et en réalisant la calibration sous vide de l’instrument FUV (Far Ultra Violet), testé sous vide, en environnement spatial, au même CSL. Le Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP, STAR Institute / Faculté des Sciences), du Pr Denis Grodent, va quant lui participer à l’analyse des données envoyées par la mission ICON, dédié à l’étude de l’ionosphère terrestre, la région située à l’interface entre la basse atmosphère et l’espace, entre 100 et 1000 km d’altitude.
L’ionosphère joue un rôle fondamental dans la propagation des ondes électromagnétiques, notamment pour les systèmes de navigation et de télécommunication basés sur des liaisons entre le sol et un ou plusieurs satellites. « La densité en électrons libres dans l’ionosphère et si importante qu’elle perturbe la propagation des signaux qui la traversent, explique Gilles Wautelet, chargé de recherche FRS-FNRS au sein du LPAP. Par exemple, les irrégularités ionosphériques induisent une distorsion des signaux GPS et Galileo, ce qui se traduit généralement par une erreur dans le calcul de la position de l’utilisateur ou par une indisponibilité temporaire du système». La mission ICON se focalisera sur l’étude de la variabilité ionosphérique, qui est particulièrement importante dans les régions équatoriales. « Elle est régie par l’activité de la basse atmosphère, par exemple par la présence d’ouragans ou de systèmes orageux, ainsi que par l’activité du soleil, qui nous soumet à un flux permanent de particules appelé vent solaire. Une des questions scientifiques auxquelles ICON apportera des éléments de réponse est la détermination de la part respective de ces deux sources de perturbations », poursuit le chercheur.
Premières images de l’instrument FUV montrant l’intensité de l’airglow en fonction de l’altitude (dans la direction verticale). De nuit, il mesure la densité ionosphérique tandis que les mesures réalisées de jour mesurent la composition. L’image mauve nous montre l’émission de l’azote tandis que le vert, dont le maximum d’intensité est localisé à des altitudes de 200 à 300 km, reflète celle de l’oxygène. Credit : NASA/ICON/Harald Frey/Thomas Bridgman
Les premières images d’ICON montrent des profils d’émission lumineuse de l’ionosphère - appelée « airglow » - dans l’ultraviolet lointain observés par l’instrument FUV, qui permet d’imager l’ionosphère terrestre aussi bien sur la tranche (le limbe) que de face, c’est-à-dire sur le disque terrestre. Le maximum d’intensité est obtenu au limbe à des altitudes de l’ordre de 200 à 300 km d’altitude, là où le pic de densité des ions et des électrons est généralement situé. Des images reflétant l’airglow de l’azote et de l’oxygène atomique (ci-dessus) sont produites toutes les 12 secondes. Un telle cadence d’information permettra aux chercheurs de mesurer précisément les variations les plus fines de la composition de l’ionosphère.
Premières images de l’instrument MIGHTI, qui mesure la vitesse de l’oxygène dans le rouge et dans le vert. L’image de gauche montre les franges interférométriques qui permettent la mesure précise de la vitesse du vent. L’image de droite correspond à une photographie de l’airglow depuis la station spatiale internationale. L’observation de différentes couleurs permet donc de mesurer la même variable à des altitudes différentes. Credit: NASA/ICON/Christoph Englert/Joy Ng
MIGHTI, autre instrument embarqué à bord d’ICON, permet de mesurer - comme un astronaute pourrait le faire depuis la station spatiale internationale - l’airglow ionosphérique dans le domaine visible, et en particulier dans le rouge et le vert (ci-dessus). Grâce à un système ultra-sensible basé sur le principe de l’interférométrie, MIGHTI permettra de mesurer la vitesse des vents dans l’ionosphère avec une très grande précision. « Nous comparerons les données d’ICON aux mesures ionosphériques terrestres existantes, comme celles issues des sondeurs ionosphériques, mais aussi aux données à caractère spatial, comme les mesures GPS qui permettent également de sonder l’ionosphère avec une grande précision », se réjouit Benoît Hubert, chercheur qualifié FRS-FNRS et Co-Investigateur de l’instrument FUV. La combinaison des différentes sources de données permettra d’obtenir des observations très précises des phénomènes ionosphériques et donc, à terme, d’améliorer les modèles et les prévisions. Le LPAP collaborera également avec l’Université de Californie, à Berkeley, sur l’analyse des données afin de répondre aux questions scientifiques qui sont à la base du projet ICON, dont la principale mission est de mieux comprendre les interactions entre la météo telle que nous la connaissons dans la basse atmosphère et la météo de l’espace. « La compréhension de cette interaction, appelée Space Weather, est fondamentale pour prédire au mieux les effets de la variabilité ionosphérique sur notre technologie moderne », conclut Jean-Claude Gérard, planétologue au LPAP et Co-investigateur de l’instrument FUV.
Contacts
Dr Gilles WAUTELET - LPAP I STAR Reseach Institute I Faculté des Sciences
Dr Benoît HUBERT - LPAP I STAR Reseach Institute I Faculté des Sciences
Pr Jean-Claude GERARD LPAP I STAR Reseach Institute I Faculté des Sciences
