Cette simulation de la frontière montre comment les zones de plasma de faible densité, représenté en bleu, mélanger avec des zones de plasma de plus haute densité, rouge, formant des tornades turbulentes de plasma. Crédit :NASA/Takuma Nakamura
L'espace interplanétaire n'est guère tranquille. Particules chargées de haute énergie du Soleil, ainsi qu'au-delà de notre système solaire, filer sans cesse. Ceux-ci peuvent endommager les satellites et mettre en danger la santé des astronautes. heureusement pour la vie sur Terre, la planète est recouverte d'une bulle magnétique protectrice créée par son champ magnétique. Cette bulle, appelé la magnétosphère, dévie la plupart des particules nocives à haute énergie.
Néanmoins, certains se faufilent - et à l'avant-garde pour comprendre comment cela se produit est la mission magnétosphérique multi-échelle de la NASA, ou MMS. De nouveaux résultats montrent que des tourbillons de plasma spatial semblables à des tornades créent une frontière suffisamment tumultueuse pour permettre aux particules de glisser dans l'espace proche de la Terre.
MMS, lancé en 2015, utilise quatre engins spatiaux identiques volant dans une formation pyramidale pour examiner en trois dimensions l'environnement magnétique autour de la Terre. La mission étudie comment les particules se transfèrent dans la magnétosphère en se concentrant sur les causes et les effets de la reconnexion magnétique, un événement explosif où les lignes de champ magnétique se croisent, lançant des électrons et des ions du vent solaire dans la magnétosphère.
En combinant les observations du MMS avec de nouvelles simulations informatiques 3D, les scientifiques ont pu étudier pour la première fois la physique à petite échelle de ce qui se passe aux frontières de notre magnétosphère. Les résultats, récemment publié dans un article de Communication Nature , sont essentiels pour comprendre comment le vent solaire pénètre parfois dans la magnétosphère terrestre, où il peut interférer avec les satellites et les communications GPS.
Ondes Kelvin-Helmholtz, avec leur forme de vague de surfeur classique, se trouvent dans la nature là où deux fluides se rencontrent, comme dans ces nuages. Crédit :Danny Ratcliffe
Dans la magnétosphère, la densité du plasma spatial - particules chargées, comme les électrons et les ions-est beaucoup plus faible que le plasma à l'extérieur, où règne le vent solaire. La frontière, appelé la magnétopause, devient instable lorsque les deux régions de densité différentes se déplacent à des vitesses différentes. Tourbillons géants, appelées ondes de Kelvin Helmholtz, se forment le long du bord comme les vagues de l'océan qui s'écrasent. La frontière autrefois lisse s'emmêle et se resserre, former des tornades de plasma, qui agissent comme des hublots pour le transport des particules chargées du vent solaire vers la magnétosphère.
Les ondes de Kelvin Helmholtz se trouvent à travers l'univers partout où deux matériaux de densité différente se croisent. Ils peuvent être vus dans les formations nuageuses autour de la Terre et ont même été observés dans d'autres atmosphères planétaires de notre système solaire.
En utilisant des simulations informatiques à grande échelle de ce mélange, réalisée au Oak Ridge National Laboratory à Oak Ridge, Tennessee, sur le supercalculateur Titan, et en les comparant aux observations prises par le MMS en passant par une telle région dans l'espace, les scientifiques ont pu montrer que les tornades étaient extrêmement efficaces pour transporter des particules chargées, bien plus qu'on ne le pensait auparavant. Les comparaisons entre les simulations et les observations ont permis aux scientifiques de mesurer les dimensions exactes des tornades. Ils ont découvert que ces tornades étaient à la fois grandes et petites, atteignant 9, 300 milles ont engendré des tornades plus petites de 60 à 90 milles de large et plus de 125 milles de long.
Le MMS s'est récemment déplacé sur une nouvelle orbite, voler de l'autre côté de la Terre, loin du soleil. Ici aussi, il continuera à étudier la reconnexion magnétique, mais concentrez-vous plutôt sur la façon dont l'énergie et les particules interagissent au sein de la magnétosphère terrestre, dans la longue queue de magnéto. La compréhension de ces processus fondamentaux dans le voisinage de la Terre aide à améliorer notre connaissance de la situation de l'espace qui nous entoure – des informations cruciales à mesure qu'elles sont de plus en plus remplies de satellites et de systèmes de communication dont nous dépendons.
