Des scientifiques japonais ont créé le tout premier ensemble de données à long terme sur l’ensemble de l’atmosphère terrestre, s’étendant jusqu’à l’espace.
Ils espèrent que le projet contribuera à faire la lumière sur certains processus peu explorés se déroulant à l’intérieur de l’enveloppe gazeuse de notre planète, notamment le magnifique aurores boréales.
Certaines parties de L’atmosphère terrestre sont étudiés en permanence avec des détails incroyables. Par exemple, des millions de stations météorologiques dans le monde entier, des centaines de ballons météorologiques et d’innombrables avions fournissent des mesures quotidiennes de l’ensemble de la troposphère, la région la plus basse de l’atmosphère. Les ballons atteignent également la partie inférieure de la stratosphère, la couche située au-dessus de la troposphère. La quantité de données générées par ces mesures est si élevée qu’elle rend les modèles météorologiques informatiques modernes presque infaillibles.
Mais regardez un peu plus haut et l’histoire est complètement différente. La mésosphère, la couche d’air clairsemée au-dessus de la stratosphère qui atteint presque la limite de l’espace, est une inconnue totale. On sait si peu de choses sur les processus qui se déroulent dans la mésosphère que cette région est parfois appelée « l’ignorosphère ». Ce vide dans nos connaissances est le résultat de l’inaccessibilité de l’ignorosphère : elle est trop haute pour les ballons stratosphériques et généralement trop basse pour que les instruments des satellites en orbite terrestre basse puissent l’explorer.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo a tenté de résoudre le problème en utilisant la modélisation informatique. Ils ont pris les rares mesures disponibles des paramètres météorologiques dans l’ignorosphère – obtenues par des fusées-sondes et des instruments radar et lidar basés sur Terre – et les ont introduites dans un nouveau système d’assimilation de données qu’ils avaient développé précédemment. L’assimilation de données est une technique qui combine la modélisation et les observations directes pour prédire l’évolution d’un système. Le système a ensuite été chargé de reconstruire ce qui pourrait se passer dans la mésosphère pour combler les vides.
Les chercheurs japonais ont utilisé le modèle pour générer 19 années de données englobant l’évolution de l’atmosphère entière jusqu’à une altitude de 110 kilomètres (68,4 miles). Ils ont ensuite utilisé des mesures supplémentaires des vents mésosphériques obtenues par un radar au sol pour vérifier certains paramètres du modèle afin de gagner en confiance dans ses résultats.
L’ensemble de données couvre la période comprise entre septembre 2004 et décembre 2023 et permettra aux chercheurs d’explorer et de modéliser certains des phénomènes mystérieux qui se produisent à des altitudes plus élevées, notamment les fascinantes aurores boréales et leur homologue des antipodes, les aurores australes.
« Pour la troposphère et la stratosphère, nous disposons de beaucoup de données, et la modélisation numérique pour cette région est presque parfaite », a déclaré à Space.com Kaoru Sato, professeur de physique atmosphérique à l’Université de Tokyo et chercheur principal du projet. « Dans la région ci-dessus, les modèles ne fonctionnent pas très bien car ils ne disposent pas de données précises sur les conditions initiales. Notre ensemble de données peut le fournir. »
« Les particules solaires à haute énergie peuvent modifier la chimie de l’ozone et perturber la couche d’ozone », a déclaré Sato. « Nous savons également que le phénomène des aurores peut créer ce que nous appelons des ondes de gravité, qui se propagent ensuite vers le bas dans l’atmosphère. »
Les ondes gravitationnelles (à ne pas confondre avec les ondes gravitationnelles produites par les collisions de trous noirs, entre autres rencontres dramatiques) sont des vortex qui se produisent dans toute l’atmosphère. Ils transportent de l’énergie à travers le monde, affectant ainsi les modèles climatiques. Cependant, jusqu’à présent, les modélisateurs climatiques n’ont pas été en mesure de comprendre les effets des ondes de gravité qui se produisent à des altitudes plus élevées.
« Notre ensemble de données fournit les conditions initiales à très haute résolution pour le modèle de circulation générale de l’atmosphère », a déclaré Sato. « Cela nous permet donc de simuler des ondes de gravité dans toute l’atmosphère, de la surface jusqu’aux confins de l’espace. »
Les données aideront également les chercheurs à mieux modéliser la manière dont les processus dans la basse atmosphère affectent l’ionosphère, la partie de l’atmosphère située au-dessus de 80 km d’altitude, où les particules gazeuses sont constamment ionisées par le vent solaire. Sato a déclaré que les ondes atmosphériques, y compris les ondes de gravité et les raz de marée à l’échelle mondiale, affectent la dynamo ionosphérique, un processus générant un courant électrique autour de la planète par l’interaction entre les lignes du champ magnétique terrestre et les mouvements de l’air ionisé de l’ionosphère.
Il existe d’autres mystères que les chercheurs espèrent que leurs données aideront à résoudre – par exemple, le phénomène étrange connu sous le nom de couplage interhémisphérique, observé pour la première fois à la fin des années 2000. Le couplage interhémisphérique est une connexion supposée entre la mésosphère antarctique et la stratosphère arctique, dans laquelle de rares nuages de haute altitude apparaissent et disparaissent régulièrement en même temps, généralement au mois de janvier, a déclaré Sato.
« Si nous voulons comprendre les mécanismes derrière ce couplage inter-hémisphérique, nous avons besoin de données », a déclaré Sato. « Notre ensemble de données peut fournir des informations très précieuses pour lutter contre ce couplage. »
Un papier décrivant le travail effectué par l’équipe japonaise a été publié dans la revue Progress in Earth and Planetary Science le 10 janvier.
Initialement publié sur Espace.com.