Le 25 mars dernier, deux fusées-sondes de la NASA ont été propulsées dans le ciel d’Alaska dans le but de mieux comprendre l’impact d’un sous-orage auroral sur les couches supérieures de l’atmosphère. Au cours de leur ascension, elles ont largué des capsules de gaz dits « traceurs de vapeur », générant des traînées lumineuses visibles dans toute la partie nord de la région. Cette mission s’inscrit dans un projet plus vaste visant à affiner les modèles de prévision de la météorologie spatiale et à nourrir certaines théories sur les interactions entre ionosphère et haute atmosphère.
La haute atmosphère terrestre — à partir de 70 kilomètres d’altitude — est animée de mouvements constants, semblables aux vents qui parcourent la troposphère. Ces flux, variables selon la hauteur, la latitude et la saison, génèrent des vents d’altitude dont la dynamique échappe encore en grande partie à notre compréhension.
Au-delà des 100 kilomètres, une partie de cette atmosphère est ionisée par le rayonnement ultraviolet extrême émis par le Soleil, donnant parfois naissance à des aurores. Dans cette région ionisée, l’ionosphère, les gaz sont également en perpétuel mouvement, mais ceux-ci sont gouvernés principalement par les champs magnétiques et électriques terrestres. Depuis des décennies, les scientifiques tentent de décrypter les liens complexes entre les vents de la haute atmosphère et les dérives ioniques qui animent l’ionosphère.
À l’image des conditions météorologiques qui régissent la basse atmosphère, les vents de haute altitude et les mouvements ioniques sont influencés par une combinaison de facteurs : l’altitude, la latitude, l’heure locale et la saison. Des modélisations informatiques permettent d’esquisser la manière dont ces dynamiques se déploient à l’échelle du globe.
Mais ces simulations, aussi sophistiquées soient-elles, ne sauraient se substituer à des mesures in situ indispensables pour en vérifier la justesse. Depuis les années 1950, les fusées-sondes et les traceurs de vapeur constituent des outils de mesure très fiables pour étudier les interactions entre la haute atmosphère et l’ionosphère.
Deux de ces fusées ont ainsi été lancées dans le cadre d’un projet piloté par des chercheurs de l’Université d’Alaska à Fairbanks (UAF). L’expérience, baptisée « Auroral Waves Excited by Substorm Onset Magnetic Events » (AWESOME), avait pour but d’observer les effets d’un sous-orage auroral, un phénomène lumineux bref et intense, caractéristique des aurores boréales.
Bien qu’un troisième tir ait été initialement prévu, les deux premières missions ont permis de collecter un volume de données jugé satisfaisant par les scientifiques. « Je suis extrêmement heureux que nous ayons pu réunir les conditions nécessaires au lancement et à la réalisation de l’expérience », a déclaré, dans un communiqué Mark Conde, chercheur principal à l’Institut de géophysique et professeur de physique spatiale à l’UAF.
Deux expériences réalisées en parallèle
Les fusées-sondes suivent généralement une trajectoire dite parabolique — bien que celle-ci ne corresponde pas rigoureusement à une parabole au sens mathématique — avec une ascension quasi-verticale suivie d’une descente en arc, selon un schéma en « U » inversé. Bien qu’elles ne passent que cinq à vingt minutes dans l’espace, cette brève incursion suffit à la réalisation d’expériences géophysiques ciblées.
Quant aux traceurs de vapeur, ils permettent de procéder à des mesures combinées des vents atmosphériques et des dérives ioniques dans la haute atmosphère et l’ionosphère. Libérées en altitude, de petites quantités de gaz s’échappent des capsules le long d’un tracé préétabli. Observables depuis le sol, ces panaches colorés sont suivis à l’aide de caméras et capteurs, embarqués ou stationnés au sol, à la manière des colorants utilisés pour visualiser le courant d’une rivière.
Le lancement a été effectué depuis la station de Poker Flat Research Range, située à une trentaine de kilomètres au nord de Fairbanks. L’opération s’est révélée plus complexe que les précédentes : deux missions ont été menées simultanément. « Comme les fusées à deux étages se déployaient au-dessus du centre de l’Alaska et celles à quatre étages au large de la côte nord de l’Alaska, nous menions quasiment deux expériences de traçage indépendantes en parallèle », a expliqué M. Conde. « Et comme les emplacements des caméras nécessaires étaient complètement différents pour chacune de ces fusées, nous avions besoin de plusieurs emplacements de caméras pour obtenir une vue claire et simultanée. »
Le premier tir a concerné une fusée Terrier-Improved Malemute de 13 mètres de hauteur, à deux étages. Elle a libéré ses capsules de traceur de vapeur entre 80 et 177 kilomètres d’altitude. Quatre petits capteurs ont également été déployés pour mesurer les variations du champ magnétique dans la zone d’émission.
La seconde, une Black Brant XII de 21 mètres de quatre étages, a été lancée peu après. Elle a diffusé plusieurs traceurs de vapeur — roses, bleus et blancs — à quatre altitudes distinctes, avec quatre traînées par niveau. Comme sa prédécesseure, elle transportait un ensemble de capteurs destinés à mesurer la pression magnétique.
Si toutes les charges utiles n’ont pas fonctionné comme prévu, les fusées-sondes sont conçues pour embarquer un matériel excédentaire afin de pallier les éventuelles défaillances. « Un nombre suffisant de composants aéroportés a parfaitement fonctionné pour que nous puissions atteindre nos objectifs de réussite. Je suis extrêmement satisfait », a affirmé Conde.
La troisième fusée, un autre modèle Terrier-Improved Malemute, n’a pas pu être lancée en raison d’un incident technique concernant son moteur. Elle devait s’élancer dans un délai de trois heures après les deux premières. La NASA indique qu’une réparation est à l’étude, dans l’espoir d’effectuer le lancement avant demain, date de clôture de la fenêtre de tir.