Chaque seconde, 1,5 million de tonnes de matière solaire jaillissent du Soleil et dans l'espace, voyager à des centaines de miles par seconde. Connu sous le nom de vent solaire, ce flux incessant de plasma, ou au gaz électrifié, a bombardé la Terre pendant plus de 4 milliards d'années. Grâce au champ magnétique de notre planète, il est principalement dévié. Mais va assez loin au nord, et vous trouverez l'exception.

"La plus grande partie de la Terre est protégée du vent solaire, " dit Marc Condé, physicien de l'espace comme l'Université de l'Alaska, Fairbanks. "Mais tout près des pôles, dans le secteur du midi, notre champ magnétique devient un entonnoir où le vent solaire peut descendre jusqu'à l'atmosphère."

Ces entonnoirs, connu sous le nom de cuspides polaires, peut causer des problèmes. L'afflux de vent solaire perturbe l'atmosphère, perturber les satellites et les signaux radio et GPS. À partir du 25 novembre 2019, trois nouvelles missions soutenues par la NASA seront lancées dans la cuspide polaire nord, visant à améliorer la technologie concernée.

Satellites tremblants

Les trois missions font toutes partie de l'Initiative Grand Challenge – Cusp, une série de neuf missions de fusées-sondes explorant la cuspide polaire. Les fusées-sondes sont un type de véhicule spatial qui effectue des vols de 15 minutes dans l'espace avant de retomber sur Terre. Debout jusqu'à 65 pieds de haut et volant n'importe où de 20 à 800 miles de haut, les roquettes-sondes peuvent être dirigées et tirées sur des cibles en mouvement avec un préavis de quelques minutes seulement. Cette flexibilité et cette précision les rendent idéales pour capturer les phénomènes étranges à l'intérieur de la cuspide.

Deux des trois missions à venir étudieront la même anomalie :une zone d'atmosphère à l'intérieur de la cuspide nettement plus dense que son environnement. Il a été découvert en 2004, lorsque les scientifiques ont remarqué qu'une partie de l'atmosphère à l'intérieur de la cuspide était environ 1,5 fois plus lourde que prévu.

"Une petite masse supplémentaire à 200 milles peut sembler pas grave, " dit Condé, le chercheur principal de la Cusp Region Experiment-2, ou CREX-2, mission. "Mais le changement de pression associé à cette augmentation de la densité de masse, s'il s'est produit au niveau du sol, provoquerait un ouragan continu plus fort que tout ce qu'on peut voir dans les archives météorologiques."

Cette masse supplémentaire crée des problèmes pour les engins spatiaux qui la traversent, comme les nombreux satellites qui suivent une orbite polaire. Le passage dans la zone dense peut bousculer leurs trajectoires, faire des rencontres rapprochées avec d'autres engins spatiaux ou débris orbitaux plus risqués qu'ils ne le seraient autrement.

« Un petit changement de quelques centaines de mètres peut faire la différence entre devoir faire une manœuvre d'évitement, ou pas, " dit Condé.

Enquête sur le CREX-2 et sur le chauffage des cuspides, ou mission CHI, dirigé par Miguel Larsen de l'Université Clemson en Caroline du Sud, étudiera cette lourde portion d'atmosphère pour mieux prédire ses effets sur les satellites de passage. « Chaque mission a ses propres atouts, mais idéalement, ils seront lancés ensemble, " a déclaré Larsen.

Communication corrompue

Il n'y a pas que les engins spatiaux qui se comportent de manière imprévisible près de la cuspide, il en va de même du GPS et des signaux de communication qu'ils transmettent. Le coupable, dans de nombreux cas, est la turbulence atmosphérique.

"La turbulence est l'une des questions qui restent vraiment difficiles en physique classique, " a déclaré Jøran Moen, physicien de l'espace à l'Université d'Oslo. "Nous ne savons pas vraiment ce que c'est parce que nous n'avons pas encore de mesures directes."

Moen, qui dirige la mission Investigation of Cusp Irregularities-5 ou ICI-5, compare la turbulence aux tourbillons tourbillonnants qui se forment lorsque les rivières se précipitent autour des rochers. Quand l'atmosphère devient agitée, Les signaux GPS et de communication qui le traversent peuvent se brouiller, envoyer des signaux peu fiables aux avions et aux navires qui en dépendent.

Moen espère faire les premières mesures pour distinguer la vraie turbulence des ondes électriques qui peuvent également perturber les signaux de communication. Bien que les deux processus aient des effets similaires sur le GPS, déterminer quel phénomène est à l'origine de ces perturbations est essentiel pour les prédire.

"La motivation est d'augmenter l'intégrité des signaux GPS, ", a déclaré Moen. "Mais nous devons connaître le conducteur pour prévoir quand et où ces perturbations se produiront."

En attente de la météo

L'extrême Nord offre un lieu vierge pour examiner la physique beaucoup plus difficile à étudier ailleurs. La petite ville arctique du Svalbard, l'archipel norvégien d'où partiront les fusées ICI-5 et CHI, a une petite population et des restrictions strictes sur l'utilisation de la radio ou du Wi-Fi, créer un environnement de laboratoire idéal pour la science.

"La turbulence se produit dans de nombreux endroits, mais il vaut mieux aller dans ce laboratoire qui n'est pas contaminé par d'autres procédés, " dit Moen. "Le 'laboratoire de la cuspide', c'est Svalbard."

Idéalement, la fusée CHI serait lancée depuis le Svalbard presque en même temps que CREX-2 depuis Andenes, Norvège. La fusée ICI-5, sur un deuxième lanceur au Svalbard, volerait peu de temps après. Mais le timing peut être délicat :Andenes est à 650 milles au sud du Svalbard, et peut connaître des conditions météorologiques différentes. "Ce n'est pas une obligation, mais lancer ensemble multiplierait certainement les retours scientifiques des missions, " dit Condé.

Garder un œil constant sur la météo, en attendant le bon moment pour se lancer, est un élément clé du lancement de fusées - même une partie du tirage au sort.

"C'est vraiment une chose dévorante, " A déclaré Condé. "Tout ce que vous faites quand vous êtes là-bas, c'est de surveiller les conditions, de parler de la fusée et de décider ce que vous feriez."