Deux petits satellites de la NASA mesureront l’humidité du sol et les gaz volcaniques

Deux missions d’exploration de la NASA ont récemment été déployées sur une orbite terrestre basse, où elles démontrent de nouvelles technologies pour observer les gaz atmosphériques, mesurer l’eau douce et même détecter les signes d’éruptions volcaniques potentielles.

Le Signals of Opportunity P-Band Investigation (SNoOPI), un récepteur radio à faible bruit, teste une nouvelle technique de mesure de l’humidité du sol au niveau des racines en exploitant les signaux radio produits par des satellites commerciaux – un gros travail pour un CubeSat 6U de la taille d’un boîte à chaussures.

Par ailleurs, l’imageur thermique hyperspectral (HyTI) mesure les traces de gaz liées aux éruptions volcaniques. HyTI, également un CubeSat 6U, pourrait ouvrir la voie à de futures missions dédiées à la détection des éruptions volcaniques des semaines ou des mois à l’avance.

Les deux instruments ont été lancés le 21 mars depuis la station spatiale de Cap Canaveral de la NASA vers la Station spatiale internationale à bord du vaisseau spatial cargo Dragon de SpaceX dans le cadre de la 30e mission de réapprovisionnement commercial de la société. Le 21 avril, les instruments ont été mis en orbite depuis la station.

Un « as volant » pour trouver de l’eau douce dans le sol et la neige

En tant que technique de mesure, “les signaux d’opportunité tentent de réutiliser ce qui existe déjà”, a déclaré James Garrison, professeur d’aéronautique et d’astronautique à l’Université Purdue et chercheur principal du SNoOPI.

Garrison et son équipe tenteront de collecter les signaux radio en bande P produits par de nombreux satellites de télécommunications commerciaux et de les réutiliser pour des applications scientifiques. L’instrument maximise la valeur des actifs spatiaux déjà en orbite, transformant les signaux radio existants en outils de recherche.

“En examinant ce qui se passe lorsque les signaux satellites se reflètent sur la surface de la Terre et en les comparant au signal qui ne s’est pas réfléchi, nous pouvons extraire des propriétés importantes sur la surface sur laquelle le signal se reflète”, a déclaré Garrison.

Les signaux radio en bande P sont puissants et pénètrent la surface de la Terre jusqu’à une profondeur d’environ 30 cm. Cela les rend idéaux pour étudier l’humidité du sol dans la zone racinaire et l’équivalent en eau de la neige.

“En surveillant la quantité d’eau dans le sol, nous obtenons une bonne compréhension de la croissance des cultures. Nous pouvons également surveiller de manière plus intelligente l’irrigation”, a déclaré Garrison. “De même, la neige est très importante car c’est aussi un endroit où l’eau est stockée. Il a été difficile de la mesurer avec précision à l’échelle mondiale avec la télédétection.”

Il est grand temps pour HyTI et l’imagerie thermique haute résolution

“J’étudie les volcans depuis l’espace pour essayer de déterminer quand ils vont commencer et arrêter leur éruption”, a déclaré Robert Wright, directeur de l’Institut de géophysique et de planétologie d’Hawaï à l’Université d’Hawaï à Mānoa et chercheur principal de HyTI.

Les imageurs hyperspectraux comme HyTI mesurent un large spectre de signatures de rayonnement thermique et sont particulièrement utiles pour caractériser les gaz en faibles concentrations. Wright et son équipe espèrent que HyTI les aidera à quantifier les concentrations de dioxyde de soufre dans l’atmosphère autour des volcans.

Des semaines, voire des mois avant leur éruption, les volcans émettent souvent des quantités accrues de dioxyde de soufre et d’autres gaz traces. La mesure de ces gaz pourrait indiquer une éruption imminente. La sensibilité de l’HyTI au rayonnement thermique sera également utile pour observer la vapeur d’eau et la convection.

“Il y a deux objectifs scientifiques pour HyTI. Nous voulons essayer d’améliorer la façon dont nous pouvons prédire quand un volcan entrera en éruption et quand une éruption volcanique va se terminer”, a déclaré Wright. “Et nous allons également mesurer la teneur en humidité du sol en ce qui concerne la sécheresse.”

Par l’intermédiaire de son Bureau de technologie des sciences de la Terre (ESTO), la NASA a travaillé en étroite collaboration avec Garrison et Wright pour les aider à transformer leurs recherches en prototypes pleinement fonctionnels et prêts pour l’espace.

“Le programme ESTO permet aux scientifiques d’avoir des idées intéressantes et de les concrétiser”, a déclaré Wright. Garrison accepta. “ESTO a été un excellent partenaire.”