Lancées par une fusée , les charges utiles des traceurs de vapeur sont utilisées pour mesurer les vents atmosphériques et/ou les dérives ioniques dans la haute atmosphère et l’ionosphère. Ils transportent de petites quantités de gaz dans l’espace dans une cartouche qui sont ensuite libérées le long d’une partie de la trajectoire de la fusée. La petite quantité de gaz est alors visible depuis le sol. En suivant leurs mouvements directement avec des caméras au sol (ou dans un avion), ces traceurs permettent d’observer directement les mouvements de la haute atmosphère ou de l’ionosphère.
La majorité des traceurs sont utilisés à des altitudes comprises entre 50 et 248 milles (80 à 400 kilomètres) au-dessus de la Terre. En comparaison, les avions commerciaux volent à des altitudes de 6 à 8 miles (environ 9 à 13 kilomètres) au-dessus de la Terre. Source : Nasa ( lien expiré )
Un graphique montrant où les traînées de vapeur des fusées-sondes sont utilisées pour révéler les ventsde la haute atmosphère en fonction de l’altitude. Crédits : NASA
Traceurs – Nuages et traînées
Utilisée pour la première fois avec des fusées-sondes pilotées dans les années 1950, la recherche scientifique avec des expériences qui injectent des traceurs de vapeur dans la haute atmosphère a grandement aidé notre compréhension de l’environnement proche de l’espace de notre planète. Ces matériaux rendent visibles les flux naturels de particules ionisées et neutres soit en luminescent à des longueurs d’onde distinctes dans la partie visible et infrarouge du spectre, soit en diffusant la lumière du soleil.
Le type de vapeur sélectionné pour créer ces nuages et traînées colorés dépend du but de l’enquête, de l’heure locale et de l’altitude étudiée. Les vapeurs couramment utilisées qui sont libérées dans l’espace sont :
Tri-méthyl aluminium (TMA),
Lithium, et
Baryum.
Une traînée de vapeur lumineuse de tri-méthylaluminium (TMA) révèle des vents neutres, des cisaillements, des ondes de gravité et des instabilités dans la haute atmosphère des hautes latitudes. Crédits : NASA
Tri-méthyl aluminium (TMA)
Le tri-méthylaluminium réagit avec l’oxygène et produit une chimiluminescence lorsqu’il est exposé à l’atmosphère. Les produits de la réaction sont l’oxyde d’aluminium, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau, également présents naturellement dans l’atmosphère. Les rejets de TMA sont le plus souvent utilisés pour étudier les vents neutres dans la basse ionosphère la nuit à des altitudes de 100 miles (160 kilomètres) ou moins.
Image d’une traînée de lithium diurne à près de 110 kilomètres d’altitude depuis une fusée-sonde lancée depuis l’île de Wallops, en Virginie, en juillet 2013. Crédits : NASA
Lithium
La vapeur de lithium est également utilisée pour étudier les vents neutres dans la haute atmosphère. Le lithium gazeux a une émission à bande étroite inhabituellement brillante à 670,7 nanomètres, une longueur d’onde dans la gamme infrarouge, ce qui lui permet d’être visible le jour avec des caméras équipées de filtres infrarouges. En fait, le lithium est la seule vapeur qui peut être imagée pendant la journée et est également l’une des rares vapeurs qui peut être utilisée à haute altitude (> 124 miles ou 200 kilomètres) la nuit. La nuit, sa couleur est rouge vif.
Le nuage dans la partie supérieure gauche de l’image est dû à un dégagement de baryum. La partie violet-rouge est la composante ionisée qui s’est allongée le long des lignes de champ magnétique terrestre. Le nuage violet-bleu qui entoure le baryum ionisé rouge est une combinaison du baryum neutre et du strontium. La traînée bleue et blanche dans la partie inférieure de l’image provient d’une traînée de vapeur TMA qui révèle les traînées de vent neutres en fonction de l’altitude. Crédits : NASA
Baryum Le baryum est utilisé pour étudier le mouvement des ions et des neutres dans l’espace. Une fraction d’un nuage de baryum s’ionise rapidement lorsqu’elle est exposée au soleil et a une couleur rouge pourpre. Ses mouvements peuvent être utilisés pour suivre le mouvement des particules chargées dans l’ionosphère. Le reste de la libération de baryum est neutre, de couleur différente, et peut être utilisé pour suivre le mouvement des particules neutres dans la haute atmosphère. Une petite quantité de strontium ou de lithium est parfois ajoutée au mélange de baryum pour améliorer les émissions de baryum neutre, ce qui facilite le suivi du nuage neutre. Étant donné que l’observateur doit être dans l’obscurité alors que le nuage de baryum est à la lumière du soleil, la technique est limitée aux observations en heure locale près du coucher ou du lever du soleil. Source : Nasa ( lien expiré )
MOSC : Metal Oxide Space Cloud expérience
Les fusées-sondes de la NASA emmènent la science dans l’ionosphère terrestre pour étudier la propagation des fréquences radio ainsi que la météo spatiale et son impact sur les systèmes de communication et de navigation. Au lancement, les fusées-sondes transportent les instruments EVEX et MOSC dans la haute atmosphère terrestre. Environ 20 minutes plus tard, les fusées chutent en toute sécurité en pleine mer.
EVEX étudiera la météo spatiale dans l’ionosphère, en particulier la circulation du gaz ionisé, dont l’intensité serait liée aux tempêtes ionosphériques post-coucher du soleil qui peuvent avoir un impact sur les systèmes et les signaux de communication et de navigation par satellite. Dans le cadre de la mission, lors des vols de fusées, des nuages de vapeur rouges et blancs se formeront pour permettre aux scientifiques d’observer les vents de la haute atmosphère.
Le MOSC libère une vapeur de samarium créant un nuage rouge de particules chargées dans l’ionosphère. Des chercheurs du laboratoire de recherche de l’armée de l’air étudieront le nuage au fur et à mesure qu’il se disperse et son impact sur les transmissions radio envoyées à partir de plusieurs endroits.
Par ce principe de diffusion de gaz traceurs dans la ionosphère , il est aussi possible d’étudier les aurores polaires et les vents solaires , exemple : Ici grâce à des gaz , le triméthylaluminium et un mélange de baryum et de strontium
