Aqua ou EOS PM-1 est une mission spatiale de la NASA lancée en 2002 pour étudier le cycle de l'eau c'est-à-dire des précipitations et des processus d'évaporation. La mission utilise un satellite d'observation de la Terre de grande taille, 3 tonnes, embarquant six instruments dont deux développés par le Brésil et le Japon. Ses instruments réalisent de manière continue plusieurs douzaines de types de mesure portant sur les eaux de surface des océans, l'évaporation des océans, la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre, les nuages, les précipitations, la glace de mer, les glaciers et la neige. Aqua mesure également le flux radiatif, les aérosols, la couverture végétale du sol, le phytoplancton, la matière organique dissoute dans les océans ainsi que la température de l'air, du sol et de l'eau. Aqua contribue à améliorer les prévisions météorologiques en mesurant les profils de température et d'humidité de l'atmosphère.
Aqua est le deuxième engin spatial du programme Earth Observing System (EOS), après le satellite Terra lancé en 1999, qui étudie la surface et ses interactions avec l'atmosphère. Aqua est suivi par Aura lancé en 2004, chargé de l'étude de l'atmosphère. Il fait partie d'un groupe de satellites placés sur la même orbite héliosynchrone de manière à corréler leurs données et appelé portant l'appellation de A-train. Au sein de la NASA, la mission fait partie du programme NASA Earth Science Enterprise dont l'objectif est de mieux comprendre les processus climatiques et de prédire et d'apporter des réponses adéquates aux changements climatiques liés à l'activité humaine. La mission primaire d'Aqua d'une durée de 6 ans est prolongée et le satellite est toujours opérationnel en 2023.
À compter du début des années 1960, la NASA joue un rôle pionnier dans le domaine de l'étude de l'atmosphère en utilisant pour la première fois un engin spatial, le satellite TIROS-1 (Television Infrared Observation Satellite). En combinant le recours à des satellites et des ordinateurs, il devient possible d'étudier la Terre comme un système global. Les chercheurs disposent à partir de cette époque de données permettant de mieux comprendre et prédire à court terme les phénomènes météorologiques. Mais les prédictions sur l'évolution à plus long terme du temps et du climat sont beaucoup difficiles à réaliser car elles nécessitent notamment des mesures très précises sur de longues périodes. Les changements climatiques se déroulent à de grandes échelles spatiales et temporelles ce qui rend difficile leur mesure et leur compréhension. Les scientifiques doivent disposer des séries de mesures sur de longues périodes pour comprendre les interactions entre les systèmes biologiques et physiques de la Terre.
Le réchauffement climatique, l'élévation du niveau de la mer, la désertification, la destruction de la couche d'ozone, les pluies acides, la diminution de la biodiversité sont autant d'exemples de changements environnementaux qui touchent de manière croissante la planète. Le bien-être de l'humanité repose de plus en plus sur notre capacité à comprendre les facteurs à l'origine de ces phénomènes de manière à pouvoir prédire leurs impacts futurs et prendre les mesures appropriées permettant de prévenir une aggravation de la situation. C'est ainsi que les recherches scientifiques sur l'ozone stratosphérique dans les années 1970 débouchent en 1987 sur le protocole de Montréal imposant la suppression de l'utilisation des chlorofluorocarbure (CFC) dans le but d'arrêter la destruction de la couche d'ozone.
Ce constat est à l'origine d'une initiative du président des États-Unis approuvée par le Congrès américain qui débouche sur la création en 1990 du NASA Earth Science Enterprise (ESE) destiné à mieux comprendre les changements environnementaux en réalisant des mesures à l'aide d'instruments installés à bord d'engins spatiaux, installés au sol et aéroportés. Le programme ESE constitue la contribution de la NASA à un programme américain plus global le US Global Change Research Program (USGCRP). Le programme Earth Observing System (EOS) constitue le cœur de l'ESE. Ses objectifs sont de déterminer l'étendue, l'origine et les conséquences régionales des changements climatiques globaux. Il étudie le cycle de l'eau et de l'énergie, les océans, la chimie de la troposphère et de la basse stratosphère, l'hydrologie au sol et les processus des écosystèmes, les glaciers et la calotte polaire , la chimie des couches moyenne et haute de la stratosphère, la terre solide.
Développement du programme EOS
Le programme EOS comprend un volet scientifique, un programme de gestion des données collectées et un segment spatial comprenant plusieurs satellites circulant sur une orbite polaire En 1988, la NASA lance un appel à contributions pour la sélection de 30 instruments embarqués et des équipes scientifiques. À la suite de contraintes budgétaires imposées par le Congrès, le programme est restructuré en 1991-1992 et le budget est divisé par deux ce qui entraîne l'élimination de l'instrument HIRIS et la réduction du nombre total d'instruments à 17. De plus, les satellites voient leur taille revue à la baisse. Le programme subit une nouvelle baisse de budget (9%) en 1994 qui entraîne l'élimination de la mission embarquant un radar et un altimètre laser (deux missions distinctes embarquent ces instruments par la suite). Ces réductions budgétaires entraînent également un abaissement de la fréquence des lancements de 5 à 6 ans tandis que certains instruments embarquent sur des missions des partenaires de la NASA (NASDA, RKA, CNES, ESA). Certains des instruments sont finalement développés par des partenaires internationaux (instruments ASTER, MOPITT, HSB, OMI) ou dans le cadre d'un partenariat avec le Royaume-Uni (HIRDLS). Il est prévu de développer trois séries de missions : satellites du matin (franchissant la ligne des nœuds le matin), satellites de l'après-midi et satellites destinés à l'étude de la chimie atmosphérique. En 1999, cette planification est affinée et la construction des satellites suivants est lancée : Landsat 7, QuikSCAT, Terra, ACRIMSAT, Aqua, Aura et ICESat.
Le centre de vol spatial Goddard est le centre de recherche de la NASA gestionnaire de la mission. Le satellite est construit par TRW (devenu par la suite Northrop Grumman) situé à Redondo Beach en Californie. Le nom Aqua vient du mot latin pour Eau.
La mission Aqua doit contribuer à répondre aux questions scientifiques suivantes :
Comment évoluent les processus touchant les précipitations, l'évaporation et le cycle de l'eau.
Comment la circulation océanique varie-t-elle d'une année sur l'autre, au fil d'une décennie et à des échelles temporelles plus longues.
Comment l'écosystème global évolue-t-il ?
Quel est l'effet des processus hydrologiques à l’œuvre dans les nuages et à la surface affecte-t-il le climat de la Terre ?
Comme les écosystèmes réagissent et influent les changements environnementaux globaux et le cycle du carbone.
Les objectifs de la mission Aqua comprennent :
L'obtention de profils verticaux de la température et de l'humidité de la troposphère terrestre avec une précision plus élevée que celle obtenue par les satellites précédents.
Préciser les caractéristiques des précipitations en dehors des régions tropicales en complément des mesures effectuées par le satellite Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM).
Fournir quotidiennement une carte des températures à la surface des océans avec une précision supérieure à celle fournie par les instruments des satellites de la NASA précédents.