En lien avec les violentes éruptions solaires, de grandes variations se produisent dans la densité électronique dans l'ionosphère au-dessus du Groenland, qui interfère avec les signaux de navigation GPH ainsi que les communications de vol et par satellite. La figure (à droite) montre une grande densité électronique en rouge et une petite densité en bleu. Ce phénomène donne lieu à des vitesses d'électrons élevées dans l'ionosphère, dépassant 1, 000 mètres par seconde (à gauche) et résultant en de violentes explosions d'énergie. Pour la toute première fois, des chercheurs du DTU ont mis en évidence le phénomène qui n'est pas encore explicable. Crédit :DTU Espace
Les éruptions à la surface du Soleil envoient des nuages de particules chargées électriquement vers la Terre, produisant des tempêtes solaires qui, entre autres, peuvent déclencher les magnifiques aurores boréales au-dessus des régions arctiques.
Mais les tempêtes peuvent également avoir un impact important sur l'efficacité des systèmes de communication et de navigation aux hautes latitudes. Il est donc important d'étudier les phénomènes.
Nouvelle recherche du DTU Space et de l'Université du Nouveau-Brunswick (Prof. Richard Langley), Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA (Dr. Attila Komjathy) et l'Université de l'Illinois (Dr. Mark D. Butala) montrent que, Apparemment, il y a un mécanisme surprenant et inconnu en jeu lors des tempêtes solaires. Lors des tempêtes solaires, de grandes rafales d'électrons sont généralement envoyées dans la partie de l'atmosphère terrestre appelée l'ionosphère, qui commence à environ 80 kilomètres au-dessus de la Terre.
Ce phénomène se produit surtout aux hautes latitudes. Cela se produit parce que le champ magnétique créé par l'éruption du Soleil interfère avec le champ magnétique de la Terre. Il s'ouvre, pour ainsi dire, jusqu'à permettre aux particules et aux électrons - qui seraient autrement réfléchis - de pénétrer dans l'ionosphère.
C'est un phénomène connu. Mais il s'avère que les électrons disparaissent en même temps de grandes zones, ce qui n'a pas été démontré auparavant.
"Nous avons effectué des mesures approfondies en lien avec une tempête solaire spécifique au-dessus de l'Arctique en 2014, et ici, nous avons constaté que les électrons en grande quantité sont pratiquement nettoyés à l'aspirateur à partir de zones s'étendant sur 500 à 1, 000 kilomètres. Il a lieu juste au sud d'une zone avec de fortes augmentations de la densité électronique, connu sous le nom de patchs, " déclare le professeur Per Høeg du DTU Space.
Les résultats de la recherche ont récemment été publiés en première page de la célèbre revue scientifique Radio-sciences . La découverte est une pièce importante dans le puzzle de la compréhension des tempêtes solaires et de leur impact sur l'ionosphère terrestre.
Les aurores boréales ont été photographiées depuis la Station spatiale internationale, ISS. Crédit :ESA
C'est une découverte surprenante que nous n'avions pas anticipée. On voit que ça arrive, mais on ne sait pas pourquoi. Cependant, d'autres ensembles de données du Canada appuient indirectement nos nouvelles observations, " dit Per Høeg.
Changements spectaculaires dans le champ magnétique
L'explication du phénomène doit probablement être trouvée dans les processus géomagnétiques du champ magnétique terrestre dans une direction éloignée du Soleil. La composition du champ magnétique subit des changements dramatiques dans la zone entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre, déclenchant une puissante explosion d'énergie.
"Le précurseur du phénomène est une éruption violente à la surface du Soleil, également connue sous le nom d'éjection de masse coronale ou CME, où des bulles de plasma chaud et de gaz sous forme de particules, électrons, et un champ magnétique sont projetés en direction de la Terre, " dit Per Høeg.
Alors que la tempête solaire géomagnétique a eu lieu dans l'ionosphère au-dessus de l'Arctique en février 2014, elle a été mesurée via des satellites et des stations de mesure terrestres. Entre autres, via le réseau GPS GNET au Groenland - que DTU participe au fonctionnement - via les stations de mesures géomagnétiques du DTU, le système mondial de navigation GPS, et divers satellites américains et canadiens. Ainsi, d'importants volumes de données de la tempête solaire ont été enregistrés.
La recherche s'étend bien au-delà de la découverte que les électrons sont retirés pendant les tempêtes solaires. Tibor Durgonics, Doctorant à DTU Space et auteur principal du nouvel article dans Radio-sciences :
"Il y a deux aspects de cette recherche. Elle peut être utilisée à plusieurs fins pratiques, et puis il y a une partie théorique qui consiste à parvenir à une meilleure compréhension de base de ces phénomènes.
Les aurores boréales ont été photographiées depuis la Station spatiale internationale, ISS. Crédit :ESA
« Nos travaux peuvent contribuer à rendre la navigation plus fiable lors des tempêtes ionosphériques dans la région arctique. Nos nouvelles recherches nous ont permis d'identifier un certain nombre de facteurs critiques qui affectent la qualité de la navigation par satellite, et d'évaluer la probabilité du moment où ces facteurs peuvent se produire. A un niveau plus théorique, nous avons découvert que pendant les tempêtes solaires, les électrons sont enlevés dans l'ionosphère, ce qui est le contraire de ce à quoi vous vous attendriez intuitivement."
Lorsque le champ magnétique des éruptions solaires frappe le champ magnétique terrestre dans l'ionosphère, leurs champs de force sont mélangés. Par conséquent, des zones instables, appelées plaques, sont créées dans l'ionosphère terrestre, s'étendant sur de vastes zones près du pôle Nord. La zone des plaques au niveau de la calotte polaire peut s'étendre sur 500 à 1, 000 kilomètres avec des vitesses d'électrons dépassant 1, 000 mètres par seconde. Cela donne lieu à de puissantes aurores boréales et crée des conditions turbulentes.
Interfère avec les systèmes de navigation et de communication
Les connaissances sur les tempêtes solaires sont importantes, car la communication avec les signaux aéroportés via les satellites et la radio joue un rôle de plus en plus important dans la société. Les tempêtes solaires peuvent interférer avec les satellites GPS et leurs signaux, faire échouer la communication radio, et provoquer des pannes de courant importantes.
Le risque de perturbations dans l'ionosphère est l'une des raisons pour lesquelles aucun vol de routine n'est effectué au-dessus de l'Arctique, bien que cela réduirait les voyages aériens entre l'Europe et l'Amérique. Les signaux haute fréquence utilisés par les vols commerciaux au-dessus du Groenland seront sujets à des interférences lors des tempêtes solaires. La capacité de prévoir et de prendre en compte ce genre de conditions est donc importante pour le futur trafic aérien commercial dans la région. Il en va de même pour le trafic maritime dans l'Arctique.
Le professeur Per Høeg espère que les travaux menés à DTU Space, en plus d'assurer une meilleure connaissance du phénomène, contribueront au développement de systèmes de communication et de navigation capables de prendre en compte les conditions lors des tempêtes solaires pour assurer des vols et des navigations en toute sécurité dans les régions polaires. zones de la casquette.
DTU Space participe actuellement à plusieurs projets de recherche dans le cadre de l'ESA et du programme Horizon 2020 de l'UE qui développent des systèmes capables de gérer les conditions météorologiques spatiales et les conditions de tempête solaire pour le trafic aérien et maritime, entre autres.
