Un type spécial d'aurore, drapé d'est en ouest à travers le ciel nocturne comme un collier de perles rougeoyantes, aide les scientifiques à mieux comprendre la science des aurores et leurs puissants moteurs dans l'espace. Connu sous le nom de perles aurorales, ces lumières apparaissent souvent juste avant les grands affichages auroraux, qui sont causées par des orages électriques dans l'espace appelés sous-orages. Précédemment, les scientifiques ne savaient pas si les perles aurorales étaient d'une manière ou d'une autre liées à d'autres manifestations aurorales en tant que phénomène dans l'espace qui précède les sous-orages, ou s'ils sont causés par des perturbations plus proches de l'atmosphère terrestre.

Mais de nouveaux modèles informatiques puissants, combinés aux observations de la mission THEMIS, Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms de la NASA, ont fourni la première preuve solide des événements dans l'espace qui ont conduit à l'apparition de ces perles, et démontré le rôle important qu'ils jouent dans notre environnement spatial proche.

"Maintenant, nous savons avec certitude que la formation de ces billes fait partie d'un processus qui précède le déclenchement d'un sous-orage dans l'espace, " dit Vassilis Angelopoulos, chercheur principal de THEMIS à l'Université de Californie, Los Angeles. "C'est une nouvelle pièce importante du puzzle."

En fournissant une image plus large que celle que l'on peut voir avec les trois satellites THEMIS ou les seules observations au sol, les nouveaux modèles ont montré que les perles aurorales sont causées par la turbulence dans le plasma - un quatrième état de la matière, composé de particules chargées gazeuses et hautement conductrices – entourant la Terre. Les résultats, récemment publié dans les revues Lettres de recherche géophysique et Journal of Geophysical Research :physique de l'espace , aidera finalement les scientifiques à mieux comprendre la gamme complète des structures tourbillonnantes observées dans les aurores.

"Les observations de THEMIS ont maintenant révélé des turbulences dans l'espace qui provoquent des écoulements illuminant le ciel comme des perles simples dans le collier auroral rougeoyant, " a déclaré Evgeny Panov, auteur principal de l'un des nouveaux articles et scientifique THEMIS à l'Institut de recherche spatiale de l'Académie autrichienne des sciences. "Ces turbulences dans l'espace sont initialement causées par des électrons plus légers et plus agiles, se déplaçant avec le poids de particules 2000 fois plus lourdes, et qui théoriquement peuvent se développer en sous-orages auroraux à grande échelle. »

Les mystères de la formation des perles aurorales

Les aurores sont créées lorsque des particules chargées du Soleil sont piégées dans l'environnement magnétique de la Terre - la magnétosphère - et sont canalisées dans la haute atmosphère de la Terre, où les collisions provoquent de l'hydrogène, oxygène, et les atomes et molécules d'azote brillent. En modélisant l'environnement proche de la Terre à des échelles allant de dizaines de kilomètres à 1,2 million de kilomètres, les scientifiques de THEMIS ont pu montrer les détails de la formation des perles aurorales.

Alors que des nuages ​​de plasma ruisselants par le Soleil passent la Terre, leur interaction avec le champ magnétique terrestre crée des bulles de plasma flottant derrière la Terre. Comme une lampe à lave, les déséquilibres de la flottabilité entre les bulles et le plasma plus lourd dans la magnétosphère créent des doigts de plasma 2, 500 miles de large qui s'étendent vers la Terre. Les signatures de ces doigts créent la structure distincte en forme de perle dans l'aurore.

"Il y a eu une prise de conscience que, tout résumé, ces événements transitoires relativement petits qui se produisent autour de la magnétosphère sont en quelque sorte importants, " a déclaré David Sibeck, Scientifique du projet THEMIS au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Nous n'avons atteint que récemment le point où la puissance de calcul est assez bonne pour capturer la physique de base dans ces systèmes."

Maintenant que les scientifiques comprennent que les perles aurorales précèdent les sous-orages, ils veulent comprendre comment, pourquoi et quand les perles pourraient déclencher un véritable sous-orage. Du moins en théorie, les doigts peuvent emmêler les lignes de champ magnétique et provoquer un événement explosif connu sous le nom de reconnexion magnétique, qui est bien connu pour créer des sous-orages et des aurores à grande échelle qui remplissent le ciel nocturne.

De nouveaux modèles ouvrent de nouvelles portes

Depuis son lancement en 2007, THEMIS a effectué des mesures détaillées lors de son passage dans la magnétosphère afin de comprendre les causes des sous-orages qui conduisent aux aurores. Dans sa mission première, THEMIS a pu montrer que la reconnexion magnétique est l'un des principaux moteurs des sous-orages. Les nouveaux résultats mettent en évidence l'importance des structures et des phénomènes à plus petite échelle, ces centaines et milliers de kilomètres de large par rapport à ceux qui s'étendent sur des millions de kilomètres.

"Afin de comprendre ces caractéristiques de l'aurore, vous devez vraiment résoudre à la fois global et plus petit, échelles locales. C'est pourquoi c'était si difficile jusqu'à maintenant, " dit Slava Merkin, co-auteur de l'un des nouveaux articles et scientifique du Center for Geospace Storms de la NASA, dont le siège est au Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland. "Cela nécessite des algorithmes très sophistiqués et de très gros supercalculateurs."

Les nouvelles simulations informatiques correspondent presque parfaitement à THEMIS et aux observations au sol. Après le succès initial des nouveaux modèles informatiques, Les scientifiques de THEMIS sont impatients de les appliquer à d'autres phénomènes auroraux inexpliqués. En particulier pour expliquer les structures à petite échelle, les modèles informatiques sont essentiels car ils peuvent aider à interpréter ce qui se passe entre les espaces où passent les trois engins spatiaux THEMIS.

"Il y a beaucoup de très dynamique, des structures à très petite échelle que les gens voient dans les aurores qui sont difficiles à relier à l'image plus grande dans l'espace car elles se produisent très rapidement et à très petite échelle, " dit Kareem Sorathia, auteur principal de l'un des nouveaux articles et scientifique du Center for Geospace Storms de la NASA, dont le siège est au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. « Maintenant que nous pouvons utiliser des modèles globaux pour les caractériser et les étudier, cela ouvre beaucoup de nouvelles portes."