Une équipe de fusées de la NASA est à la recherche de tourbillons géants ressemblant à des ouragans dans notre haute atmosphère. Ces tourbillons, ou vortex, peuvent être la clé des modèles météorologiques atmosphériques supérieurs qui affectent le globe entier. L’expérience Vorticité, ou mission VortEx, se prépare pour un lancement le 17 mars 2023 depuis le centre spatial Andøya à Andenes, en Norvège.
Si vous vous êtes déjà tenu au sommet d’une montagne ou d’un grand immeuble, vous avez probablement remarqué à quel point il y a des rafales là-haut. Les vents de haute altitude sont pris en compte dans les plans des architectes et les itinéraires des pilotes, mais leur influence sur notre planète s’étend bien au-delà du domaine humain typique. Ces vents sont des sources d’ondes de flottabilité : des impulsions d’énergie géantes qui entraînent des changements à l’interface de la Terre avec l’espace.
Les ondes de flottabilité sont courantes sur Terre. « Ils pourraient provenir de l’approche de fronts de tempête ou de vents frappant les montagnes et envoyés vers le haut », a déclaré Gerald Lehmacher, professeur de physique à l’Université Clemson en Caroline du Sud et chercheur principal de la mission Vorticity Experiment, ou VortEx.
Les ondes de flottabilité se forment lorsqu’une rafale ou une perturbation pousse soudainement de l’air plus dense vers le haut dans une région à plus basse pression, créant une oscillation alors que l’atmosphère tente de revenir à l’équilibre. Ces oscillations conduisent à des ondes qui se propagent loin de la perturbation, semblables aux ondulations d’un étang.
Bien que les ondes de flottabilité soient courantes, leurs effets plus haut dans l’atmosphère sont encore mal connus.
« Au sens le plus large, cette expérience consiste à en apprendre davantage sur le sort des ondes de flottabilité aux confins de l’espace », a déclaré Lehmacher.
VortEx recherche un destin en particulier : les vortex. Alors que les ondes de flottabilité se déplacent vers le haut et traversent des couches stables de notre atmosphère, des modèles informatiques ont montré qu’elles peuvent former des tourbillons d’air géants.
« Ils pourraient se transformer en tourbillons – cela pourrait se produire partout dans l’atmosphère, mais nous n’avons tout simplement pas les mesures pour le savoir », a déclaré Lehmacher.
Pensés pour s’étendre sur des dizaines de kilomètres d’un côté à l’autre, ces tourbillons sont trop grands pour être mesurés avec des approches conventionnelles. Lehmacher a conçu VortEx pour surmonter cette limitation, mesurant les vents à des endroits très éloignés.
La mission utilisera quatre roquettes, lancées deux à la fois. Chaque paire se compose d’un voleur haut et d’un voleur bas, lancés à quelques minutes d’intervalle. Le haut voleur, qui culminera à environ 224 milles (360 kilomètres) d’altitude, mesurera les vents. Le vol à basse altitude, atteignant environ 87 miles (140 kilomètres) d’altitude, mesurera la densité de l’air, qui affecte la formation des tourbillons. Les deux fusées effectueront leurs mesures pendant quelques minutes avant de retomber dans la mer de Norvège.
Pour mesurer les vents, la fusée de haut vol libérera des nuages luminescents comme ceux utilisés dans les feux d’artifice, en suivant leurs mouvements depuis le sol. La plupart des expériences de ce type libèrent les nuages de la charge utile de la fusée. Mais pour étaler les nuages pour révéler des modèles à plus grande échelle, VortEx éjectera quatre sous-charges utiles à la fois, chacune atteignant une distance d’environ 25 miles (40 kilomètres) de la fusée avant de libérer ses propres nuages.
Cela se produira à quatre moments différents pendant le vol, pour un total de 16 nuages à différentes hauteurs et distances, ce qui aidera à montrer des modèles à grande échelle. En regardant ces nuages se déplacer, l’équipe VortEX recherchera tout signe révélateur de tourbillon. L’équipe répétera ensuite l’expérience en lançant la deuxième paire de fusées dans différentes conditions météorologiques, soit plus tard dans la nuit, soit quelques jours plus tard (selon le moment où les conditions sont favorables).
L’équipe VortEx surveillera également les vagues de flottabilité d’en bas. L’observatoire Alomar, géré par le centre spatial Andøya à Andenes, en Norvège, dispose des systèmes radar et d’imagerie au sol nécessaires pour détecter les ondes de flottabilité qui se produisent en temps réel. L’emplacement comprend également les montagnes scandinaves, qui s’étendent sur toute la longueur de la Norvège du nord au sud. Ils sont une source régulière de vagues de flottabilité lorsque les vents se précipitent contre les montagnes et s’élèvent dans le ciel.
Si VortEx trouve des tourbillons, ce serait un pas en avant clé dans la compréhension de la météo dans la haute atmosphère, qui affecte la navigation GPS et les signaux de communication. Les modèles informatiques actuels du temps dans la haute atmosphère ont encore du mal à tenir compte des effets des ondes de flottabilité. Les tourbillons pourraient être la clé, dit Lehmacher, car ils sont plus prévisibles que les ondes de flottabilité elles-mêmes.
« Les structures tourbillonnaires suivent certaines règles universelles que nous pourrions mettre dans des modèles pour les faire fonctionner à ces échelles », a déclaré Lehmacher. « Au lieu de suivre les ondes de flottabilité individuelles, vous les décririez simplement avec un spectre de tourbillons. »