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Landsat regarde la Lune

Le 16 mai 2022, les observateurs du ciel n’étaient pas les seuls à observer la Lune lors de la plus longue éclipse lunaire totale en trois décennies. Deux satellites qui surveillent presque constamment la Terre se sont également retournés pour regarder. Ce faisant, ils ont observé des changements de température spectaculaires et inégaux chez notre voisin céleste le plus proche, mais toujours parfois surprenant.

Les changements sont affichés cette série d’images, dérivées de la Capteur infrarouge thermique (TIRS) sur le Landsat 8 satellitaire et TIRS-2 sur Landsat 9. Les images ont une résolution d’environ 60 kilomètres par pixel. Notez que le contraste de chaque image a été ajusté en fonction des températures minimale et maximale de la surface lunaire dans chaque scène.

Au cours de l’éclipse de quatre heures, les capteurs TIRS ont observé l’intensité de la lumière infrarouge rayonnant de la surface de la Lune. À partir de ces rayonnements, les scientifiques ont calculé les températures nécessaires pour les générer. Cette “température de luminosité” de la surface lunaire a changé lorsque l’ombre de la Terre a traversé le paysage lunaire. Les zones plus claires des images sont plus chaudes que les zones plus sombres et plus froides.

Dennis Reuter, un scientifique spécialisé dans les instruments TIRS, a souligné deux caractéristiques notables révélées par les images. “Regardez à quelle vitesse la surface se refroidit lorsque l’illumination solaire est supprimée”, a-t-il déclaré. “Il chute à un taux de plus de 100 Kelvin (100°C/180°F) par heure lorsque l’éclipse complète commence.” L’éclipse complète – la période pendant laquelle l’ombre de la Terre tombe sur toute la surface lunaire – a duré de 03h29 à 04h53 Temps universel le 16 mai. Remarquez la surface qui s’assombrit rapidement (se refroidit) sur la rangée médiane d’images.

Après la suppression du chauffage solaire, la raison la plus évidente de la chute rapide de la température est que la Lune n’a pas d’atmosphère épaisse qui retient la chaleur. Mais les caractéristiques physiques de la surface lunaire sont également un facteur, a expliqué Reuter. Les météoroïdes martèlent la Lune depuis des milliards d’années, et ils ont laissé toute la surface recouverte d’une fine couche de poussière rocheuse, ou « régolithe ». La petite taille de chaque particule et la faible densité de la poussière lâche aident la surface lunaire à perdre rapidement de la chaleur.

“Cela alimente le deuxième point intéressant : les cratères se refroidissent plus lentement que le matériau qui les entoure”, a déclaré Reuter. Par exemple, notez que Tycho Crater semble rester relativement brillant (chaud) au fur et à mesure que l’éclipse progresse. Le graphique ci-dessous illustre cette différence entre le cratère Tycho et une petite région de terrain environnant au cours de la journée. Le cratère commence plus froid que son environnement, mais il perd de la chaleur beaucoup plus lentement. Au moment où le cratère est dans l’ombre complète (dernier tiers du graphique), il est clairement plus chaud que la surface qui l’entoure.

L’une des raisons de la différence pourrait être que les cratères contiennent moins de poussière à grain fin ou que les matériaux qu’ils contiennent conduisent mieux la chaleur. “La différence dans les taux de refroidissement entre les différentes zones s’appelle une différence d’inertie thermique”, a déclaré Reuter, “et elle donne des indices sur la variation des caractéristiques de surface des différentes régions de l’objet.”

L’utilisation d’observations thermiques pour en savoir plus sur la composition physique d’un objet distant n’est pas une idée entièrement nouvelle. Par exemple, le Mission OSIRIS-REx précédemment effectué des observations thermiques de l’astéroïde Bennu sous différents angles d’éclairage par le Soleil, révélant des roches sur l’astéroïde qui sont si faibles qu’ils pourraient être écrasés à la main.

Cette mission a donné une idée à l’équipe scientifique du TIRS : “J’ai réalisé que l’éclipse lunaire totale ferait passer la surface de la Lune de complètement illuminée à presque complètement sombre en seulement quelques heures et nous permettrait d’obtenir des mesures comparables des propriétés thermiques lunaires”, a déclaré Reuter. a dit. Les mesures, si elles sont analysées dans le contexte des matériaux lunaires que les astronautes ont ramenés sur Terre, pourraient aider les scientifiques à tirer des conclusions encore plus concrètes sur les relations entre les observations thermiques et la composition physique des surfaces distantes.

Les observations de notre voisin rocheux le plus proche n’étaient pas exactement simples à faire, a expliqué Matthew Montanaro de l’équipe scientifique du TIRS. Les satellites Landsat sont conçus pour observer la Terre, ce qui signifie que tout, de leur mouvement orbital autour de la planète à l’étalonnage de leurs capteurs, est orienté vers l’acquisition d’images de la Terre. Mais une fois par mois, l’équipe des opérations de vol (gérée par l’US Geological Survey) ordonne aux satellites de se tourner vers la surface stable et immuable de la Lune à des fins d’étalonnage.

Le 16 mai, les opérateurs de la mission ont soumis Landsat 8 et 9 à une procédure similaire, en la modifiant pour obtenir une vue de l’éclipse comme demandé par l’équipe scientifique TIRS. La demande spéciale impliquait un travail supplémentaire de la part des équipes de planification de mission, de dynamique de vol et d’opérations de vol de l’USGS et de la NASA, qui ont déterminé les séquences de commande pour les satellites, pratiqué des manœuvres sur un simulateur et vérifié pour s’assurer que les données clés de la Terre ne seraient pas sacrifiées. .

“Landsat a un groupe de personnes vraiment formidables dans les coulisses pour que les observatoires fonctionnent correctement”, a déclaré Montanaro, “même lorsque nous essayons de leur lancer une demande spéciale comme celle-ci.”

Images de l’Observatoire de la Terre de la NASA par Josué Stevensen utilisant les données Landsat du Service géologique des États-Unis et Matthew Montanaro/GSFC/RIT. Images visibles (photographies Nikon DSLR) par Matthew Montanaro/GSFC/RIT. Histoire par Catherine Hansen.

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