Le soleil est entré en éruption ce week-end, projetant un rayonnement électromagnétique vers la Terre, illuminant même le ciel de spectaculaires aurores boréales. Pour la première fois, l'improbable duo de météorologie spatiale de l'ESA, SMOS et Swarm, a suivi la violente tempête solaire, qui a déformé le champ magnétique terrestre.
La météorologie spatiale – rayonnement électromagnétique et particules émises par le soleil sous forme d’éruptions solaires et d’éjections de masse coronale (CME) – peut à la fois éblouir et détruire. Cela peut provoquer des aurores impressionnantes, mais peut également détruire les satellites, les communications et même les réseaux électriques.
Tôt le samedi 23 mars 2024, le Soleil a déclenché une forte éruption solaire X1.1, le type le plus puissant possible, provenant d'une région particulièrement active pointant directement vers la Terre.
La nouvelle d'une éjection de masse coronale (CME) associée, se dirigeant droit vers nous, a mis les chasseurs d'aurores et les scientifiques de la météorologie spatiale en état d'alerte élevé.
Pour les scientifiques de Swarm qui surveillaient le champ magnétique terrestre, c'était l'occasion idéale de mettre à profit les nouvelles données en temps quasi réel de la constellation de trois satellites.
Chaque satellite Swarm transporte un magnétomètre pour mesurer la force du champ magnétique terrestre. Ce champ magnétique est en constante évolution et réagit particulièrement fortement aux événements météorologiques spatiaux.
Le CME est arrivé bien plus tôt que prévu, provoquant une tempête géomagnétique atteignant des niveaux sévères dans l'après-midi du dimanche 24 mars.
Lorsque les données sont rapidement devenues disponibles, Swarm Alpha a été le premier des satellites en orbite terrestre basse à mesurer les changements dans le champ magnétique terrestre, comme l'a rapporté Eelco Doornbos de l'Institut météorologique royal des Pays-Bas (KNMI).
Swarm Bravo a rapidement fourni une autre perspective, montrant d'importants changements dans le champ magnétique terrestre qui a atteint des latitudes plus basses pendant son apogée.
Même si la tempête a été relativement de courte durée, la perturbation du champ magnétique terrestre a été incroyablement forte et ses impacts sont toujours en cours d'analyse.
Selon le bureau de météorologie spatiale de l'ESA, la région active du soleil responsable a depuis libéré de nouvelles éruptions de classe M, moins fortes, et il y a 40 % de chances qu'une nouvelle éruption de classe X se produise dans les prochains jours.
Étonnamment, le satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) de l'ESA a été parmi les premiers à capturer le sursaut radio solaire associé à l'éruption solaire.
L'instrument principal du SMOS est un radiomètre interférométrique connu sous le nom de Miras, qui détecte normalement les ondes radio en « bande L » émises depuis la Terre. Cela nous permet de mesurer des paramètres géophysiques tels que l'humidité du sol, la salinité de la surface de la mer et l'épaisseur de la glace marine.
Cependant, en raison de sa position en orbite, l'antenne de SMOS a également le soleil dans son champ de vision et les éruptions solaires émettent également des ondes radio.
Pour l’observation de la Terre, ces signaux sont éliminés du bruit. Mais les météorologues spatiaux avaient d’autres idées. Grâce à une surveillance du soleil en temps quasi réel pendant près de 24 heures, SMOS peut détecter les effets des éruptions solaires sur le système mondial de navigation par satellite (GNSS), ainsi que sur les radars de vol et les communications en bande L.
Disposer de ces informations en temps quasi réel est très utile. À la suite d’une éruption solaire particulièrement forte en décembre 2023, plusieurs satellites ont perdu le contact GPS avec les stations au sol d’Amérique du Sud. SMOS a pu en déterminer la cause, en la reliant à l'événement solaire.
"Après 14 ans, SMOS a encore bien d'autres atouts dans son sac", déclare Klaus Scipal, chef de mission SMOS. "Sa polyvalence, comme celle de tous les Earth Explorers, est extrêmement impressionnante et son potentiel continu pour la surveillance de la météo spatiale est vraiment très excitant."
Lorsqu'un CME frappe la magnétosphère terrestre, nous pouvons en constater les effets sous forme d'aurores illuminant le ciel polaire. Les satellites Swarm, quant à eux, enregistrent la déformation du champ magnétique terrestre. Nous avons tendance à observer un champ magnétique beaucoup plus fort au-dessus des pôles et un affaiblissement significatif à l'équateur.
Même si l'éruption solaire du 23 mars (et la tempête solaire qui lui a été associée le 24 mars) a été forte, il n'est pas toujours possible qu'il y ait une grande tempête géomagnétique sur Terre.
Toutes les grandes éruptions solaires ne sont pas associées à un CME significatif, tous les CME ne toucheront pas directement la Terre, et même lorsqu'ils le font, les effets varient.
Ce que les satellites Swarm détectent dépend de nombreux facteurs, tels que l'énergie, l'orientation du champ magnétique solaire et le nombre de particules chargées qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre au-dessus des pôles.
C'est quelque chose que nous avons encore beaucoup à apprendre et pourquoi ce nouveau duo de météorologie spatiale est utile pour les scientifiques qui cherchent à comprendre ce qui se passe entre le Soleil et la Terre.
"C'est formidable que nous puissions désormais voir – en temps quasi réel – les informations fusionnées de SMOS et de Swarm", déclare Anja Strømme, responsable de la mission Swarm. "C'est passionnant, particulièrement pendant la partie la plus active du cycle solaire, de voir ce que l'on pourrait découvrir grâce à ces observations complémentaires."
Les explorateurs de la Terre montrent leur polyvalence
Les missions SMOS et Swarm font partie de la famille Earth Explorer de l'ESA. Ces satellites sont des laboratoires volants qui testent de nouvelles technologies révolutionnaires d'observation de la Terre.
Les deux missions ont duré bien au-delà de leur mission initiale, les données continuant de faire partie intégrante de la vie quotidienne. Les données SMOS, par exemple, sont utilisées dans la prévision des ouragans, tandis que les données Swarm aident votre smartphone à localiser le nord.
Cette dernière avancée marque un autre ajout impressionnant et opportun au portefeuille des deux missions.
Le soleil, qui connaît des pics et des creux d'activité, atteint actuellement son « maximum solaire » en 2025. Cela signifie que nous verrons probablement des éruptions solaires plus fortes et des accès plus réguliers de conditions météorologiques spatiales dans les mois à venir.
Avec SMOS détectant directement ce qui se passe sur le soleil, prévenant à l'avance toute perturbation du GNSS, et Swarm fournissant des données complémentaires sur ce qui se passe plus près de chez nous, nous avons une nouvelle perspective unique sur l'effet de la météo spatiale sur Terre.
"La météo spatiale peut bien provenir de l'extérieur de notre planète, mais les pannes de navigation et d'électricité montrent qu'elle peut avoir des effets potentiellement dangereux ici sur Terre", a déclaré Simonetta Cheli, directrice des programmes d'observation de la Terre à l'ESA.
"C'est donc passionnant de voir deux de nos missions Earth Explorer se combiner pour surveiller les événements solaires et mieux comprendre comment ils affectent notre planète. Cela démontre une fois de plus la polyvalence et l'excellence des programmes européens d'observation de la Terre."
Rester vigilant
La surveillance de la météo spatiale est une activité clé du programme de sécurité spatiale de l'ESA, qui sera bientôt renforcé par la mission Vigil de l'ESA.
Vigil, dont le lancement est prévu en 2031, surveillera le côté du soleil, repérant les zones d'activité solaire potentiellement dangereuses avant qu'elles ne tournent vers la Terre.
Vigil fournit les premières données opérationnelles 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 depuis l'espace lointain par l'ESA, augmentant ainsi l'avertissement préalable des principaux effets de la météo spatiale de 12 à 18 heures à quatre à cinq jours à l'avance. Cela nous permettra d'être beaucoup mieux préparés aux événements solaires dangereux, y compris les tempêtes géomagnétiques potentiellement destructrices.
Cela nous donnera également beaucoup plus d'informations sur ce qui pourrait nous arriver.
Nous devrons peut-être attendre un peu avant que les résultats arrivent. Comme Vigil prend position à 150 millions de kilomètres derrière la Terre, il faudra 26 mois après le lancement pour que des données commencent à arriver.
Mais lorsque ce sera le cas, grâce aux informations glanées grâce à Swarm et SMOS, nous serons mieux équipés que jamais pour comprendre les effets de la météo spatiale sur le système terrestre.
Fourni par l'Agence spatiale européenne
