Une étude approfondie des aurores a révélé de nouvelles façons de comprendre la physique des libérations d'énergie explosive dans l'espace, selon une nouvelle recherche menée par l'UCL.

Les aurores sont un signe révélateur des processus physiques dans l'espace, agissant comme des écrans de télévision en montrant ce qui se passe à des millions de kilomètres de la Terre où le champ magnétique de notre planète s'étend en une longue queue tournée vers le Soleil.

Pour l'étude, publié aujourd'hui dans Communication Nature , l'équipe de l'UCL et de l'Université de Reading a observé à distance des aurores en évolution rapide pour comprendre la physique derrière pourquoi, quand et comment l'énergie est libérée alors que la source de l'aurore se reconfigure de manière explosive.

"Quelque part dans l'immense volume d'espace dans lequel s'étend la magnétosphère terrestre, cette libération d'énergie se produit via une instabilité qui est vraiment difficile à cerner. Ils provoquent des sous-orages par lesquels des particules chargées surfent dans l'atmosphère terrestre sur des ondes électromagnétiques, libérant de grandes quantités d'énergie et éclairant les aurores ", a expliqué l'auteur de l'étude, le Dr Jonathan Rae (UCL Space &Climate Physics).

"En étudiant de près les aurores, nous pouvons déterminer où dans l'espace les instabilités se produisent et étudier la physique qui les provoque. C'est beaucoup plus efficace que d'essayer d'observer de vastes zones de l'espace."

L'équipe a scanné une grande partie du ciel et a trouvé le sous-orage parfait situé au-dessus de Poker Flats en Alaska le 18 septembre 2012. En utilisant les nouvelles données de la caméra MOOSE (Multi-spectral Observatory Of Sensitive EM-CCDs), ils ont suivi l'aurore alors qu'elle se dirigeait vers le pôle nord sur une période de quatre minutes.

Il s'agit d'un temps relativement long pour ce type d'aurore à étudier, permettant aux scientifiques de collecter une multitude de données. Les informations ont ensuite été analysées pour des modèles spécifiques qui ont donné des indices physiques importants sur la formation des aurores dans l'espace et le temps.

L'aurore a commencé comme une ligne de « perles aurorales » le long d'un arc dont la luminosité et la taille ont augmenté de façon exponentielle. Ces ondulations croissantes sont le signe d'une instabilité dans l'espace.

En comparant ces caractéristiques détaillées de l'aurore avec la théorie de l'état de l'art, l'équipe pourrait réduire la zone de l'espace où l'instabilité est la plus probable.

"Nous avons montré qu'il est possible d'étudier uniquement les aurores pour savoir où se trouvent les instabilités dans l'espace, ce qui n'a pas été fait auparavant, " a expliqué le co-auteur, le Dr Colin Forsyth (UCL Space &Climate Physics).

"Notre méthode nous permet de prédire quelle est l'instabilité et où elle se trouve dans l'espace. En fait, la région que nous avons identifiée est incroyablement petite en termes d'espace - seulement une petite fraction du volume de la Terre - et nous espérons l'étudier plus en détail à l'aide d'engins spatiaux qui traversent la région."

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont pu décrire les aurores et les événements de haute énergie qui se produisent sur le Soleil et d'autres planètes du système solaire, mais c'est la première fois qu'une véritable analyse physique est effectuée.

" Surtout, notre travail a donné aux scientifiques plus de physique avec lesquels travailler. Toute une gamme de modèles théoriques peuvent être testés et affinés en fonction des caractéristiques physiques que nous avons capturées, " a ajouté le co-auteur, le Dr Clare Watt (Université de Reading).

"Ce que nous avons rapporté a échappé aux scientifiques depuis que les aurores ont été décrites pour la première fois dans les années 1960 et alors que nous utilisons la Terre comme notre laboratoire le plus proche, les résultats s'appliqueront à d'autres événements ailleurs dans le système solaire. Nous attendons maintenant avec impatience de localiser cet épicentre dans l'espace et de découvrir ce qui le rend instable, " a conclu le Dr Rae.