Afdækning af den skjulte side af storme:Frances Taranis-satellitten til opsendelse i november

sprites, nisser, jetfly … få mennesker ved, at videnskabsmænd sædvanligvis bruger sådanne andre-verdslige ord til at beskrive forbigående lysende begivenheder eller TLE'er, lysglimt, der opstår under aktive storme blot et par snesevis af kilometer over vores hoveder. Få mennesker ved også, at storme kan fungere som partikelacceleratorer, der genererer meget korte udbrud af røntgen- og gammastråler. Men hvad er de fysiske processer og mekanismer bag disse fænomener opdaget for knap 30 år siden? Påvirker de den øvre atmosfæres fysik og kemi, miljøet eller endda mennesker? Sådan er spørgsmålene, som den franske Taranis-satellit står over for, der vil ride i luften natten mellem den 16. og 17. november oven på en Vega-raket fra Guiana Space Center, en helt fransk mission, der involverer forskere fra CNES, det nationale videnskabelige forskningscenter CNRS, atomenergi- og alternative energikommissionen CEA og flere franske universiteter.

TLE'er og terrestriske gammastråleglimt (TGF'er) ses over hele verden, hvor der opstår storme. Men fordi vi ikke ved nok om dem, de findes ikke i klimatologernes og meteorologernes værktøjskasse. Er de impliceret i det stigende antal ekstreme vejrbegivenheder? Hvis så, de kunne modelleres og indregnes i prognoser i realtid. Selvom Taranis først og fremmest er en fundamental forskningssatellit, de data, den er sat til at levere om Jordens termiske og klimamekanismer, kunne tjene mere operationelle applikationer som klimatologi og vejrudsigt.

alfer, sprites, sprite glorier, blå jetfly og endda nisser eller nisser er blot nogle af de finurlige navne, der gives til rækken af ​​fænomener i den generiske familie af TLE'er - et poetisk leksikon, der står i skarp kontrast til deres vold. Disse flygtige hændelser i den øvre atmosfære forekommer mellem toppen af ​​stormskyer og en højde på 90 kilometer. Først forudsagt så tidligt som i 1920, deres eksistens blev først bekræftet i halvfemserne. De er siden blevet registreret af adskillige jord- og rumobservationer. Elvere tager form af en ekspanderende glød af lys, vises i en højde af 90 kilometer og varer ikke mere end et millisekund; en aktiv storm kan producere tusindvis af dem i løbet af et par timer. Forekommer mellem 40 og 90 kilometer over jordens overflade, sprites har en kompleks struktur af grene og ranker og kan holde i op til 10 millisekunder. Blå jetfly vises på toppen af ​​stormskyer og forplanter sig til højder på op til 50 kilometer. Lejlighedsvis, 'gigantiske' jetfly kan forplante sig op til 90 kilometer.

TGF'er blev første gang observeret videnskabeligt i 1994 af Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), et NASA-rumfartøj indsat fra den amerikanske rumfærge Atlantis. Under visse forhold, storme genererer et meget kort udbrud af gammafotoner. TGF'er blev i en periode betragtet som en sjælden forekomst, der ledsagede sprites; vi ved nu, at de genereres af elektrisk aktivitet i skyer. I mangel af de rigtige instrumenter, den italienske AGILE-satellit (2007) og det amerikanske Fermi-rumteleskop (2008) var ikke i stand til fuldt ud at bekræfte aktuelle hypoteser om de mekanismer, der genererer dem, eller estimere deres antal. Taranis vil derfor bringe ny indsigt i, hvordan de genereres og deres strålingspåvirkning, som aldrig er blevet målt før.

I Frankrig, atomenergiagenturet CEA rettede først sin opmærksomhed mod disse forbigående begivenheder og deres indvirkning i 1993. Den 9. december 2010 projektet fik officielt grønt lys fra CNES's bestyrelse. Taranis er en helt fransk mission med videnskabelige mål fastsat af franske forskningslaboratorier. Ud over CEA, CNRS er tæt involveret gennem flere af dets tilknyttede forskningslaboratorier1:LPC2E miljø- og rumfysik- og kemilaboratoriet koordinerer udviklingen af ​​den videnskabelige nyttelast, er ansvarlig for videnskabsmissionscentret og bidrager med instrumenter; IRAP astrofysik og planetologi forskningsinstitut, LATMOS-atmosfærerne, miljøer og rumobservationslaboratorium og APC's astropartikler og kosmologilaboratorium bidrager til nyttelasten.

Andre instrumenter på Taranis inkluderer eksterne bidrag fra Stanford University og Goddard Space Flight Center (GSFC) i USA, Institut for Atmosfærisk Fysik (IAP) og Charles University i Tjekkiet og Rumforskningscentret for det polske videnskabsakademi (CBK).

Taranis ser noget anderledes ud, da den i stedet for den aluminerede eller forgyldte Mylar-isolering, der traditionelt bruges på satellitter, er belagt med en speciel sort-hvid maling. Dette er ikke kun opmærksomhed på æstetiske detaljer, formålet med malingen er at undgå at forstyrre det omgivende elektriske felt og forhindre, at reflekteret lys forstyrrer de optiske sensorer. En mindre synlig men nøglefunktion er det originale design af dens nyttelast, bestående af otte instrumenter, der betjenes som en enkelt enhed takket være MEXIC, Taranis hjerne, der driver og synkroniserer instrumenterne og styrer nyttelasten, udfører triggerstrategien for at fange en hændelse og håndterer endda overførslen af ​​udvalgte data til massehukommelsen.

Taranis' nyttelast tæt på:

• XGRE:tre røntgen- og gammastråledetektorer til måling af højenergifotoner (50 keV til 10 MeV) og relativistiske elektroner (1 MeV til 10 MeV) – APC/IRAP/CNES
• MCP (MC-U og PH-U):to kameraer (10 billeder pr. sekund) og fire fotometre til at måle luminans i forskellige spektralbånd — CEA/CNES
• IDEE:to højenergielektrondetektorer (70 keV til 4 MeV) – IRAP/Charles University
• IMM:tre-akset magnetometer til måling af det vekslende magnetfelt (5 Hz til 1 MHz) – LPC2E/Stanford University
• IME-HF:HF-antenne til måling af det højfrekvente elektriske felt (100 kHz til 35 MHz) – LPC2E/IAP
• IME-BF:instrument til måling af det lavfrekvente elektriske felt (DC til 1 MHz) – LATMOS
• SI:ionsonde til bestemmelse af termiske plasmafluktuationer—GSFC/LATMOS
• MEXIC:to elektroniske enheder bestående af otte analysatorer, hver tilsluttet et instrument. Det driver hvert instrument, håndterer nyttelasttilstande og grænseflader med massehukommelse og den indbyggede computer. MEXIC will also be tasked with synchronizing the instruments when events are detected (TLEs by MCP's photometers, TGFs by XGRE, electron beams by IDEE, wave bursts by IME-HF) – LPC2E/CBK

For two to four years, Taranis will scan regions of the sky where storm activity is intense and the probability of seeing TLEs and/or TGFs high. While it may be a national program, its results are eagerly awaited by the wider international scientific community. In atmospheric chemistry and physics, Miljøvidenskab, klimatologi, high-energy astrophysics and many more fields besides, Taranis is set to reveal new insights—and science efforts won't end there, as the mission will undoubtedly pave the way for future investigations.