Audrey Schillings a récemment soutenu sa thèse de doctorat sur les pertes atmosphériques de la Terre et leur variation avec les conditions du vent solaire. Audrey a travaillé à l'Institut suédois de physique spatiale et s'est inscrite à l'Université de technologie de Luleå en tant que membre de son école supérieure de technologie spatiale.

Dans la thèse, Audrey Schillings montre comment le flux d'ions oxygène augmente avec l'augmentation de la pression dynamique du vent solaire, avec la direction sud du champ magnétique interplanétaire et avec la quantité de rayonnement ultraviolet extrême. Pendant les orages magnétiques, le flux d'ions oxygène pourrait augmenter jusqu'à 100 fois la valeur du temps calme. Les données et les modèles montrent que les ions observés quitteront l'atmosphère terrestre et seront perdus dans l'espace.

Les études sont basées sur les données du cluster de constellations de satellites de l'Agence spatiale européenne, qui se compose de quatre engins spatiaux volant en formation. Les données principales proviennent du spectromètre d'ions en grappe à capteur d'ions, construit et développé à Toulouse.

Les couches supérieures de l'atmosphère de la Terre sont soumises à un rayonnement ultraviolet extrême et à un bombardement de particules énergétiques depuis l'espace, qui éliminent tous deux les électrons des atomes et des molécules, ce qui en fait des ions chargés électriquement. Les ions chargés électriquement sont affectés à la fois par les champs magnétiques et électriques. Les champs peuvent accélérer les particules afin qu'elles surmontent la gravité et puissent s'échapper dans l'espace. Ils sont notamment affectés par le vent solaire, un flux de particules chargées émanant du soleil, qui entraîne des champs électriques et magnétiques. Ils sont également affectés par le champ magnétique de la planète Terre, qui à son tour affecte le vent solaire et crée une bulle dans le vent solaire, la magnétosphère terrestre.

L'écoulement atmosphérique par les ions est étudié depuis les années 1960, mais de nombreux détails sont restés flous. Le rôle du fort champ magnétique planétaire est l'un de ces facteurs, par rapport à des planètes non magnétisées comme Mars ou Vénus. On a pensé que le champ magnétique protégeait l'atmosphère de la Terre du vent solaire, et peut même guider les particules qui s'échappent vers l'atmosphère. Une autre question connexe concerne l'écoulement pendant les orages géomagnétiques.

"Les orages magnétiques sont entraînés par des processus sur le soleil, " explique Audrey. " Ils conduisent à un afflux accru de particules et d'énergie dans la magnétosphère de la Terre. Ils sont particulièrement intéressants, car on pense qu'ils sont représentatifs des conditions de l'ancien système solaire, quand le soleil était jeune il y a environ 4 milliards d'années. Terre, Mars et Vénus ne perdent plus beaucoup de leur atmosphère maintenant, mais peut-être que c'était différent dans le passé ?"

Les orages magnétiques ne se produisent pas très souvent, ils contribuent donc plutôt peu à l'ensemble de données total. À la fois, la magnétosphère de la Terre est grande, il est donc très important que le vaisseau spatial se trouve dans la magnétosphère pendant une tempête.

"Ma première tâche était de développer une nouvelle méthode pour examiner le changement relatif du flux sortant d'ions dans la partie de la magnétosphère où se trouvait le vaisseau spatial. Nous avons découvert que le flux sortant d'ions pouvait augmenter de près de cent fois pendant une tempête, " dit Audrey.

L'étape suivante consistait à étudier comment le flux sortant de la Terre variait avec les conditions du vent solaire d'une manière similaire à celle qui avait été étudiée pour Mars dans d'autres recherches récentes. L'étude de Mars a indiqué que l'écoulement pendant les tempêtes, et donc dans le passé, était probablement plus faible qu'aujourd'hui. Ainsi, nous avons des raisons de remettre en question l'image selon laquelle le champ magnétique de la Terre protège l'atmosphère. Les processus que nous étudions deviennent plus efficaces lorsque le fort champ magnétique planétaire aide à capter l'énergie du vent solaire et à la canaliser vers l'atmosphère.

"Notre étude de l'augmentation du débit sortant pendant les tempêtes donne un aperçu de la quantité d'atmosphère pouvant être perdue d'une planète nouvellement formée. Elle montre peut-être également qu'un champ magnétique planétaire peut aider à éliminer l'atmosphère d'une planète. C'était une découverte surprenante, " dit Audrey.