Étude de l'atmosphère avec la technologie des drones et le spectromètre pour smartphone Lighting Passport
Figure 1 : Coucher de soleil sur le golfe du Mexique documenté par un système aérien sans pilote Power Egg X
Ces derniers temps, j'utilise des drones pour surveiller l'atmosphère. Nous avons même un drone étanche capable de voler sous la pluie et dans d'autres conditions extrêmes. Le Power Egg X peut également voler par vent jusqu'à 22 nœuds.
La pratique de ce type de drones s'est également avérée très précieuse pour nos recherches universitaires. Ces appareils sont exceptionnels pour recueillir des observations et documenter les paysages et les différentes conditions atmosphériques. Chaque soir, je photographie le coucher de soleil sur le golfe du Mexique à environ 90 mètres du sol, et j'ai maintenant de superbes clichés. La saison des ouragans approche en Floride et le coucher de soleil sera bien différent. Ces photos ont été prises avec le Power Egg X depuis chez moi, en regardant vers l'ouest, vers le golfe du Mexique.
Figure 2 : Vols du Power Egg X utilisés pour documenter l'atmosphère
Selon une étude de l'Université du Wisconsin du 15 novembre 2007, des chercheurs ont découvert que : « Les couleurs du coucher de soleil résultent d'un phénomène appelé diffusion. Les molécules et les petites particules présentes dans l'atmosphère modifient la direction des rayons lumineux, provoquant leur dispersion. La diffusion affecte la couleur de la lumière provenant du ciel, mais les détails sont déterminés par la longueur d'onde de la lumière et la taille de la particule. Le bleu et le violet, à courte longueur d'onde, sont bien plus diffusés par les molécules de l'air que les autres couleurs du spectre. C'est pourquoi la lumière bleue et violette atteint nos yeux de toutes les directions par temps clair. »
En raison de l'inclinaison de la Terre et de la transmission beaucoup plus importante de la lumière solaire à travers l'atmosphère au lever et au coucher du soleil, les photons rouges lointains traversent l'atmosphère et atteignent la surface terrestre avec une efficacité optimale. « Plus l'atmosphère est dense, plus les molécules dispersent la lumière violette et bleue loin de vos yeux. Si le trajet est suffisamment long, toute la lumière bleue et violette disparaît de votre champ de vision. Les autres couleurs poursuivent leur chemin vers vos yeux. C'est pourquoi les couchers de soleil sont souvent jaunes, orange et rouges. »
Les bases de la météo et du climat expliquent que : « L’air de notre atmosphère est composé de molécules de différents gaz. Les gaz les plus courants sont l’azote (78 %), l’oxygène (environ 21 %) et l’argon (près de 1 %). D’autres molécules sont également présentes dans l’atmosphère, mais en très petites quantités. »
Figure 3 : Vols Power Egg X utilisés pour documenter l'atmosphère lors de légères averses de pluie
L'éclairage rouge lointain est une longueur d'onde importante à surveiller lors de l'observation du coucher du soleil. Nous utilisons le spectromètre pour smartphone Lighting Passport d'Allied Scientific Pro pour mesurer la lumière naturelle dans différents environnements. Le rouge lointain (735 nanomètres) du spectre traverse l'atmosphère, où les autres couleurs sont d'abord absorbées et diffusées par les molécules d'oxygène et d'azote de l'atmosphère à la tombée de la nuit. Après le coucher du soleil, la lumière résiduelle est appelée crépuscule, et peut durer 15 minutes.
Voici un magnifique crépuscule depuis Jaco, à zéro mètre d'altitude, où d'importantes quantités de photons orange, rouges et rouge lointain traversent l'atmosphère et créent un spectacle éclatant de couleurs majestueuses. Voici une photo prise au Costa Rica et au Japon, tous deux au niveau de la mer.
Figure 4 : Crépuscule depuis le littoral pacifique du Costa Rica et crépuscule depuis le littoral pacifique du Japon
C'était le crépuscule au sommet du volcan Irazú, à 3 432 mètres d'altitude, le 16 janvier 2020, alors que j'y étudiais en janvier 2020.
Figure 5 : Crépuscule au sommet du volcan Irazú au Costa Rica
Figure 6 : Spectres crépusculaires mesurés sur la côte pacifique du Costa Rica
Figure 7 : Vue du coucher de soleil depuis la Station spatiale internationale
L'image ci-dessus provient de la Station spatiale internationale (ISS) et montre le crépuscule à une altitude de 211 milles nautiques. Le sommet des nuages reflète la lumière rougeoyante du soleil filtrée par la troposphère terrestre, la couche la plus basse de l'atmosphère terrestre.
Voici les 3 catégories officielles de crépuscule qui sont décrites dans l'image ci-dessous.
Figure 8 : Crépuscule photographié depuis la Station spatiale internationale et les trois catégories officielles de crépuscule
Le passeport éclairage est suffisamment sensible pour prendre des mesures à ce moment précis, ce qui peut s'avérer très utile pour les scientifiques qui continuent de surveiller le rayonnement solaire naturel à différents moments de la journée. Le crépuscule est également un moment agréable pour piloter des drones et photographier l'atmosphère. Comprendre la lumière, les ombres et la composition vous aidera à améliorer vos compétences en photographie.
Figure 9 : Le modèle de prévision des aurores boréales OVATION montre l'intensité et l'emplacement des aurores boréales fournis par la National Oceanic and Atmospheric Administration ou le NOAA Space Weather Prediction Center
Figure 10 : Aurore boréale photographiée en Islande
Lorsque l'activité est moyenne, des aurores boréales se produisent dans le ciel aux hautes latitudes nord ou sud, comme en Islande ou en Antarctique. Des professeurs et scientifiques travaillant avec l'Institut géophysique de Fairbanks de l'Université d'Alaska suggèrent : « Des endroits comme Fairbanks, en Alaska ; Dawson City, au Yukon ; Yellowknife, dans les Territoires du Nord-Ouest ; Gillam, au Manitoba ; la pointe sud du Groenland ; Reykjavik, en Islande ; Troms, en Norvège ; et la côte nord de la Sibérie offrent tous de bonnes chances d'observer des aurores boréales. »
Lors d'un maximum solaire, les aurores couvrent une zone géographique nettement plus vaste. Le dernier maximum solaire a eu lieu en 2014 ; le prochain est prévu vers 2025. Les chances d'observer des aurores à basse latitude augmentent lorsque le cycle des taches solaires est à son maximum, mais aux latitudes plus élevées, les chances d'observer des aurores ne dépendent pas autant du maximum solaire, car l'ovale auroral est normalement présent.
Figure 11 : Photographies de la lueur terrestre et des aurores boréales prises depuis la Station spatiale internationale les 10 et 13 avril alors qu'elle orbitait autour de l'océan Indien au sud-ouest de l'Australie.
L'aurore est une lueur lumineuse observée autour des pôles magnétiques des hémisphères nord et sud. Cette lumière est provoquée par des collisions entre des particules chargées électriquement provenant du soleil et contenues dans le vent solaire. Ces particules pénètrent dans l'atmosphère terrestre et entrent en collision avec des molécules et des atomes de gaz, principalement d'oxygène et d'azote. Le champ magnétique terrestre redirige une grande partie du rayonnement vers les pôles, où les photons entrent alors en collision avec les molécules atmosphériques.
La pollution lumineuse, aussi appelée « lumière du ciel », ne semble pas, à première vue, être un problème urgent de la société actuelle, même si elle peut illustrer l'éloignement de l'humanité par rapport à la nature. La pollution lumineuse peut avoir un impact sur la santé d'un écosystème !
La lueur du ciel a un effet sur les humains, les animaux et les plantes. La faune nocturne, comme les hiboux, est particulièrement affectée par la pollution lumineuse. Elle peut également servir à illustrer notre consommation d'énergie. Par exemple, une grande partie des États-Unis utilise encore des lampes à vapeur de sodium haute pression pour l'éclairage public, malgré le développement de LED beaucoup plus économes en énergie.
Les industries spécialisées de l'astronomie et de l'astrophotographie sont parmi les plus préoccupées par la complexité de la pollution lumineuse. Les recherches astronomiques professionnelles sont souvent compliquées par cette pollution croissante.
Figure 12 : Images de la couronne solaire, la couche la plus externe
Les flux de particules chargées qui produisent les aurores boréales proviennent de la couronne, la couche la plus externe de l'atmosphère solaire. La couronne est extrêmement chaude, atteignant plus d'un million de degrés. Cette température élevée provoque la division des atomes d'hydrogène en protons et en électrons. Le gaz de particules chargées qui en résulte est appelé plasma, un gaz conducteur d'électricité. Le plasma solaire est si chaud qu'il se libère de la force gravitationnelle du soleil et est projeté dans toutes les directions. Le mouvement de ce plasma est appelé vent solaire. L'intensité du vent solaire et le champ magnétique qu'il véhicule varient constamment. Lorsque le vent solaire souffle plus fort, nous observons des aurores boréales plus actives et plus brillantes sur Terre.
https://eo.ucar.edu / basics / wx_1_b_1.html
https://www.sciencedaily.com / releases / 2007 / 11/ 071108135522.htm
https://www.space.com/ amp / 33242- spotting -night -sky -twilight -zones.html
https://www.gi.alaska.edu/ monitors/ aurora -forecast
https://www.swpc.noaa.gov / products / aurora-30-minute-forecast
https://www.costaricantimes.com / drone- does -research -on -costa -ricas -turrialba-volcano / 53328
1. Comment la technologie DEM moderne utilisée avec les drones peut-elle aider les scientifiques et les volcanologues qui étudient les volcans actifs ?
2. Expliquez ce qu'est le MNT et comment il est utilisé aujourd'hui. Quelles avancées souhaiteriez-vous voir à l'avenir ?
3. Comment ces nouvelles avancées peuvent-elles contribuer aux efforts de conservation ?
4. La technologie des drones peut-elle contribuer à la sécurité publique dans le parc ?
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