Des équipes d’étudiants de trois universités américaines ont été les premières à mesurer ce que les scientifiques prédisaient depuis longtemps : les éclipses peuvent générer des ondulations dans l’atmosphère terrestre, appelées ondes de gravité atmosphérique. La signature révélatrice de ces ondes est apparue dans les données capturées lors de l’éclipse solaire annulaire nord-américaine du 14 octobre 2023, dans le cadre du Nationwide Eclipse Ballooning Project (NEBP) parrainé par la NASA.
Grâce au NEBP, des équipes d’étudiants de lycée et d’université ont été déployées le long de la trajectoire de l’éclipse dans plusieurs États américains, où elles ont lâché des ballons météorologiques transportant des instruments conçus pour mener des études d’ingénierie ou des expériences scientifiques sur l’atmosphère. Un groupe d’équipes scientifiques situées au Nouveau-Mexique a recueilli les données reliant définitivement l’éclipse à la formation d’ondes de gravité atmosphériques, une découverte qui pourrait conduire à une amélioration des prévisions météorologiques.
« Comprendre comment l’atmosphère réagit dans le cas particulier des éclipses nous aide à mieux comprendre l’atmosphère, ce qui nous aide à faire des prévisions météorologiques plus précises et, en fin de compte, à mieux comprendre le changement climatique. »
Sur les vagues du Nouveau-Mexique
Les équipes de ballons précédentes avaient également traqué les ondes de gravité atmosphériques lors d’éclipses antérieures, une recherche financée par la NASA et la National Science Foundation. En 2019, une équipe du NEBP stationnée au Chili a recueilli des données prometteuses, mais les lâchers de ballons toutes les heures n’ont pas fourni suffisamment de détails. Les tentatives de répéter l’expérience en 2020 ont été contrecarrées par les restrictions de voyage liées au COVID-19 en Argentine et par une forte tempête de pluie qui a entravé la collecte de données au Chili.
Les chefs de projet ont pris en compte ces leçons apprises lors de la planification pour 2023, en programmant des lâchers de ballons toutes les 15 minutes et en évaluant soigneusement les emplacements présentant le meilleur potentiel de réussite.
« Le Nouveau-Mexique semblait particulièrement prometteur », a déclaré Jie Gong, chercheur au laboratoire de climat et de rayonnement de la NASA au Goddard Space Flight Center de l’agence à Greenbelt, dans le Maryland, et co-investigateur de la recherche sur les ondes de gravité atmosphérique. « La majorité des sources de gravité atmosphérique sont la convection, les systèmes météorologiques et les montagnes. Nous voulions éliminer toutes ces sources possibles. »
Le projet a créé un « supersite » au Nouveau-Mexique dans la ville de Moriarty où quatre équipes de sciences atmosphériques ont été regroupées : deux de l’Université d’État de Plymouth à Plymouth, dans le New Hampshire, et une de l’Université d’État de New York (SUNY) à Albany et de SUNY Oswego.
Les étudiants ont commencé à lancer des ballons à 10 heures la veille de l’éclipse.
« Ils ont travaillé par équipes de jour comme de nuit, puis tout le monde était sur place pour l’éclipse », a déclaré Eric Kelsey, professeur associé de recherche à Plymouth State et responsable régional du nord-est du NEBP.
Chaque ballon lâché par les équipes scientifiques transportait une radiosonde, un ensemble d’instruments qui mesurait la température, la position, l’humidité, la direction et la vitesse du vent pendant chaque seconde de son ascension dans l’atmosphère. Les radiosondes transmettaient ce flux de données brutes à l’équipe au sol. Les étudiants téléchargeaient les données sur un serveur partagé, où Gong et deux étudiants diplômés passaient des mois à les traiter et à les analyser.
La confirmation que l’éclipse avait généré des ondes de gravité atmosphériques dans le ciel au-dessus du Nouveau-Mexique est arrivée au printemps 2024.
« Nous avons rassemblé toutes les données en fonction du temps, et lorsque nous avons tracé cette série temporelle, je pouvais déjà voir les bandes dans le signal », a déclaré Gong. « J’ai bombardé les e-mails de tout le monde. Nous étions très enthousiastes. »
Pour les étudiants, les courbes d’apprentissage apportent des opportunités
Le programme a offert à de nombreux étudiants leur première expérience de collecte de données. Mais les avantages vont au-delà des compétences techniques et scientifiques.
« Les élèves ont énormément appris en s’entraînant à lancer des ballons météorologiques », a déclaré Kelsey. « C’était un apprentissage énorme. Ils ont dû travailler ensemble pour comprendre toute la logistique et résoudre les problèmes. C’est un bon exercice de travail en équipe. »
« Tout cela est techniquement compliqué », a déclaré Des Jardins. « Même si l’accent est désormais mis sur les résultats scientifiques, l’élément le plus important est que ce sont les étudiants qui ont rendu cela possible. »