SCISAT-1

Observer l'atmosphère

Observer l'atmosphère

Lever du Soleil observé par SCISAT-1. SCISAT-1 enregistre le
spectre solaire lorsque la lumière solaire traverse l'atmosphère terrestre.

SCISAT-1 est conçu pour observer l'atmosphère terrestre. Le principal instrument à bord est un spectromètre optique qui enregistre le spectre solaire lorsque la lumière solaire traverse l'atmosphère terrestre.

Le processus par lequel le Soleil est éclipsé par la Terre est appelé l'occultation.

Les astronomes utilisent les occultations planétaires (qui se produisent lorsqu'une planète passe devant une étoile) pour déterminer la structure de l'atmosphère d'une planète.

SCISAT-1 utilisera l'occultation du Soleil (par la Terre) pour faire des observations détaillées de la structure et de la chimie de la partie de l'atmosphère terrestre qui est trop élevée pour être atteinte en ballon (ou en avion) mais trop basse pour être atteinte directement par des satellites orbitaux.

L'orbite de SCISAT-1

L'orbite de SCISAT-1 telle que vue lorsqu'on regarde vers le pôle Nord de la Terre. Les échelles sont exagérées pour illustrer comment SCISAT-1 « voit » la lumière solaire qui passe à travers l'atmosphère terrestre.
Cliché de transparent

Le diagramme illustre la méthode par laquelle SCISAT-1 observe le Soleil lorsque la lumière solaire traverse l'atmosphère terrestre.

En orbite basse (environ 650 km pour SCISAT-1) le satellite passe dans l'ombre de la Terre une fois par orbite.

Dans ce diagramme, le halo autour de la Terre représente son atmosphère (il est exagéré pour les fins de l'illustration). La lumière incidente du Soleil est indiquée par les flèches dans la marge de droite du diagramme. À cause de la très grande distance du Soleil par rapport à la Terre, les rayons solaires sont pratiquement parallèles, rendant le Soleil visible des deux côtés de la Terre durant l'orbite du satellite.

Quand le satellite passe dans l'ombre de la Terre, le Soleil semble se coucher et sa lumière « effleure » la surface terrestre et, par le fait même, passe à travers l'atmosphère terrestre.

Quand le satellite émerge de l'ombre de la Terre, le Soleil semble se lever à travers l'atmosphère terrestre.

L'orbite de SCISAT-1

L'orbite de SCISAT-1 telle que vue lorsqu'on regarde vers le pôle Nord de la Terre. Les échelles sont exagérées pour illustrer comment SCISAT-1 « voit » la lumière solaire qui passe à travers l'atmosphère terrestre.
Cliché de transparent

Durant ces phases de lever et de coucher de Soleil, SCISAT-1 enregistre le spectre de la lumière solaire pendant que les rayons solaires passent à travers l'atmosphère terrestre.

La lumière solaire semble changer de couleur (tel qu'observé au coucher du Soleil) quand la longueur du parcours de la lumière solaire à travers l'atmosphère augmente. De plus, des longueurs d'onde très spécifiques (couleurs) sont éliminées des faisceaux de lumière solaire par des atomes et molécules de diverses substances chimiques présentes dans l'atmosphère.

Deux importants processus sont responsables du changement de spectre de la lumière solaire transmise.

Le premier processus est la dispersion moléculaire, par laquelle les plus courtes longueurs d'onde sont beaucoup plus dispersées par les molécules d'air que les plus grandes longueurs d'onde. Il en résulte que les plus grandes longueurs d'onde (rouges) sont plus facilement transmises sur les longs parcours optiques à travers l'atmosphère terrestre (d'où les couchers de Soleil rouges).

Le deuxième processus, appelé absorption, se produit lorsque des atomes (et molécules) absorbent des longueurs d'onde très spécifiques. Ces longueurs d'onde absorbées sont spécifiques à chaque type d'atome (ou molécule).

L'analyse (du spectre) de la lumière transmise apporte des indices aux scientifiques sur la composition chimique et l'abondance chimique des molécules qui composent l'atmosphère terrestre.

L'orbite de SCISAT-1

L'orbite de SCISAT-1 telle que vue lorsqu'on regarde vers l'équateur du côté obscur de la Terre. Pendant que le satellite orbite autour de la Terre, il « voit » le Soleil à travers l'atmosphère terrestre deux fois par orbite. Il peut donc observer un lever de Soleil et un coucher de Soleil à chaque orbite.
Cliché de transparent

Donc, à cause de la grande distance du Soleil par rapport à la Terre, celui-ci est « vu » par le satellite des deux côtés de la Terre. Même si le diagramme semble montrer deux soleils, les lecteurs perspicaces comprendront qu'il s'agit du même soleil, dessiné deux fois pour les simples fins de l'illustration.

Faire le tour de la Terre 15 fois par jour permet au satellite d'observer la lumière solaire qui passe à travers l'atmosphère terrestre durant 15 brefs levers et couchers de Soleil, ce qui donne 30 observations par jour.

Durant chaque lever et coucher de Soleil, le satellite enregistre l'intensité et la longueur d'onde de la lumière solaire transmise. La lumière observée qui intéresse les scientifiques est celle qui passe à travers les couches de l'atmosphère terrestre aux altitudes variant entre 4 et 100 kilomètres (au-dessus de la surface terrestre).

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1 a été pivoté pour permettre au satellite de « voir » les sections plus élevées de l'atmosphère terrestre.
Cliché de transparent

Pour observer une plus grande partie de l'atmosphère terrestre, on peut incliner le tracé de l'orbite du satellite (par rapport à l'équateur de la Terre).

La combinaison de la rotation de la Terre (qui fait tourner son atmosphère en même temps) et du mouvement orbital du satellite permet d'observer une grande partie de l'atmosphère terrestre sur une période de plusieurs semaines.

De cette façon, on peut graduellement construire une image tridimensionnelle de l'atmosphère terrestre.

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1 a été pivoté pour permettre au satellite de « voir » les sections plus élevées de l'atmosphère terrestre.
Cliché de transparent

Si le tracé de l'orbite du satellite est également orienté pour faire « face » au Soleil, la durée des levers et couchers de Soleil augmente, car le Soleil (tel que vu par le satellite) se lève et se couche avec un angle par rapport à l'horizon de la Terre, exactement de la même façon que les longs couchers de Soleil se produisent sur Terre, durant l'été canadien.

Vous avez peut-être remarqué que le Soleil d'été ne se couche pas à angle droit sur l'horizon, mais plutôt à un angle plus petit... en fait, au-dessus de l'arctique, l'angle du Soleil couchant est tellement réduit que le Soleil ne s'y couche pas!

On change rarement l'orbite d'un satellite, car cela nécessite beaucoup d'efforts (coûteux). De plus, peu de satellites sont équipés de moteurs de manoeuvres capable de faire plus que de simples ajustements mineurs de l'orbite.

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1

Le tracé de l'orbite de SCISAT-1 a été pivoté pour permettre ausatellite de « voir » les sections plus élevées de l'atmosphère terrestre.
Cliché de transparent

La méthode habituelle pour s'assurer que le satellite « voit » la planète entière (sans nécessiter de grandes manoeuvres orbitales) avec suffisamment de détails, dans un délai raisonnable et à un coût raisonnable, est de faire subir au satellite un processus appelé la précession par laquelle le tracé orbital du satellite peut s'incliner très lentement par rapport à un cadre de référence défini par les étoiles fixes.

Cette précession, combinée à la rotation de la Terre, permet au satellite de faire des observations détaillées et systématiques couvrant la totalité de la planète.