La NASA a délibérément créé des étranges nuages noctulescents… pour les étudier
Si vous êtes au bon endroit au bon moment, et que vous tournez vos yeux vers le ciel, vous pourriez bien apercevoir quelque chose d’étrangement beau : Des volutes de nuages, haut dans le ciel, qui brillent doucement même si le Soleil a déjà glissé sous l’horizon.
Il s’agit de nuages noctulescents, ou brillants la nuit, qui apparaissent au crépuscule principalement pendant les mois d’été, à des latitudes élevées (mais jamais observés depuis le cercle polaire).
Ils sont constitués de collections de cristaux de glace situés en altitude dans l’atmosphère, à des altitudes mésosphériques comprises entre 76 et 85 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.
Ces traînées sont trop faibles pour être visibles pendant la journée, mais une fois que le Soleil s’est enfoncé sous l’horizon, ses derniers rayons atteignent les hauteurs de l’atmosphère, même si l’étoile elle-même n’est plus visible depuis la surface de la planète. Là, ces rayons éclairent les nuages, les faisant briller contre le ciel qui s’assombrit. Pour cette raison, ces nuages incandescents sont également connus sous le nom de nuages mésosphériques polaires.
Ils sont d’une beauté extraordinaire – et aussi potentiellement très utiles sur le plan scientifique.
« Ce qui a suscité beaucoup d’intérêt pour ces nuages, c’est leur sensibilité – ils se produisent juste à la limite de la viabilité dans la haute atmosphère, où il fait incroyablement sec et incroyablement froid », a déclaré le physicien spatial Richard Collins de l’université d’Alaska, Fairbanks.
« Ils sont un indicateur très sensible des changements dans la haute atmosphère – changements de température et/ou changements de la vapeur d’eau. »
Collins et son équipe ont pensé que ces nuages pourraient avoir un rapport avec la présence de vapeur d’eau dans la haute atmosphère. Ils ont donc fait la seule chose sensée : ils ont chargé une fusée suborbitale d’eau et l’ont lancée dans le ciel au-dessus de l’Alaska pour voir s’ils pouvaient créer un nuage noctulescent.
Afin de s’assurer qu’ils ne mélangeaient pas leurs nuages artificiels avec des nuages naturels, ils ont choisi de lancer la fusée dans le ciel d’hiver avant l’aube, lorsque les conditions semblent être beaucoup moins favorables à la formation naturelle de nuages noctulescents qu’en été.
Le 26 janvier 2018, la mission Super Soaker a été lancée, avec une fusée-sonde transportant 220 kilos d’eau dans deux bidons. Deux autres fusées-sondes ont volé en accompagnement, transportant des traceurs en triméthyl-aluminium (TMA) pour suivre le mouvement du vent.
Test de libération d’eau dans le sol. (Installation de la NASA pour le vol de Wallops)
À 85 kilomètres d’altitude, l’eau a été libérée dans un énorme bruit. À peine 18 secondes plus tard, un faisceau laser d’un LIDAR Rayleigh au sol a détecté un faible nuage noctulescent. En trois minutes, le nuage a semblé descendre d’une altitude maximale de 92 kilomètres à 78 kilomètres.
Pour découvrir ce qui s’est passé et pourquoi le nuage s’est formé, l’équipe a dû faire preuve de créativité. Bien qu’ils disposaient de mesures de la température atmosphérique, ils n’avaient aucune mesure directe de la température du nuage, ils ont donc effectué des simulations de la formation de nuages noctulescents. Les conditions simulées dans lesquelles le nuage s’est formé ont permis à l’équipe de déduire le changement de température qui a dû avoir lieu lors de l’expérience.
(NASA’s Wallops Flight Facility/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi)
Au-dessus : Chronologie du lancement du Super Soaker. Le faisceau laser vert visible en haut à gauche est le faisceau LIDAR utilisé pour mesurer le nuage artificiel.
La seule façon dont le nuage s’est formé était une baisse de température d’environ 25 degrés Celsius. Cela suggère que la présence de la vapeur d’eau elle-même, libérée par les bidons, est responsable de cette baisse de température. L’augmentation de l’humidité a également fait augmenter la température du point de congélation, lorsque la vapeur d’eau se condense en cristaux de glace.
La combinaison de la baisse de température et de l’augmentation du point de congélation permet aux deux températures de se croiser, ce qui entraîne la condensation de la vapeur d’eau en cristaux de glace.
« C’est la première fois que quelqu’un a démontré expérimentalement que la formation de nuages polaires dans la mésosphère est directement liée au refroidissement par la vapeur d’eau elle-même », a déclaré le physicien de l’espace Irfan Azeem de la société aérospatiale Astra, LLC.
Cela pourrait expliquer, selon les chercheurs, pourquoi les nuages noctulescents semblent suivre les lancements spatiaux. La vapeur d’eau est un effluent courant dans les gaz d’échappement des engins spatiaux, et les scientifiques ont observé ce lien à de nombreuses reprises pendant l’été arctique.
La mésosphère polaire, en été, a ce que les chercheurs appellent des remontées d’eau « persistantes et vigoureuses », qui transportent probablement de la vapeur d’eau depuis des altitudes plus basses et créent le même effet que l’équipe a vu dans leur expérience Super Soaker.
« Cela pourrait expliquer pourquoi la formation de nuages mésosphériques par le trafic spatial est plus facilement observée en été qu’en hiver », ont-ils écrit dans leur article.
« Néanmoins, alors que les gaz d’échappement du trafic spatial servent de réservoir pour la production de nuages mésosphériques, cette étude suggère que les gaz d’échappement peuvent également refroidir activement la mésosphère et induire la formation de nuages mésosphériques, même en hiver polaire. »
Les observateurs de nuages pourraient donc disposer d’un nouveau moyen de prédire quand ils vont se produire : en suivant attentivement les calendriers des lancements spatiaux.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Journal of Geophysical Research: Space Physics.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
