Photographie de l'astronome amateur utilisée dans la nouvelle recherche. La photo a été prise le 8 mai 2016, à Keller, Wash. Les structures principales sont deux bandes d'émissions atmosphériques supérieures à 160 kilomètres (100 miles) au-dessus du sol, un arc mauve et une palissade verte. Les objets noirs en bas sont des arbres. Les constellations d'étoiles en arrière-plan comprennent les Gémeaux et la Grande Ourse. Crédit :Rocky Raybell.
Le phénomène céleste connu sous le nom de STEVE est probablement causé par une combinaison de chauffage de particules chargées dans l'atmosphère et d'électrons énergétiques comme ceux qui alimentent l'aurore, selon de nouvelles recherches. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont trouvé la région source de STEVE dans l'espace et ont identifié deux mécanismes qui la provoquent.
L'année dernière, les lumières atmosphériques obscures sont devenues une sensation sur Internet. Aurores typiques, les aurores boréales et méridionales, sont généralement considérés comme des rubans verts tourbillonnants qui s'étendent dans le ciel. Mais STEVE est un fin ruban de lumière rose-rouge ou mauve qui s'étend d'est en ouest, plus au sud que là où les aurores apparaissent habituellement. Encore plus étrange, STEVE est parfois rejoint par des colonnes lumineuses verticales vertes surnommées la « clôture en piquets ».
Les aurores sont produites par des atomes d'oxygène et d'azote incandescents dans la haute atmosphère terrestre, excité par des particules chargées provenant de l'environnement magnétique proche de la Terre appelé magnétosphère. Les scientifiques ne savaient pas si STEVE était une sorte d'aurore, mais une étude de 2018 a révélé que sa lueur n'était pas due à des particules chargées qui pleuvaient dans la haute atmosphère terrestre.
Les auteurs de l'étude de 2018 ont surnommé STEVE une sorte de "sky-glow" distinct de l'aurore, mais ne savaient pas exactement ce qui le causait. Pour compliquer les choses, STEVE peut apparaître pendant les orages magnétiques induits par le soleil autour de la Terre qui alimentent les lumières aurorales les plus brillantes.
Auteurs d'une nouvelle étude publiée dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique ont analysé les données satellitaires et les images au sol des événements STEVE et concluent que l'arc rouge et la palissade verte sont deux phénomènes distincts résultant de processus différents. La palissade est causée par un mécanisme similaire aux aurores typiques, mais les stries mauves de STEVE sont causées par le chauffage de particules chargées plus haut dans l'atmosphère, semblable à ce qui fait briller les ampoules.
Les chasseurs d'Aurora de l'Alberta capturent STEVE, le nouveau phénomène scientifique de la haute atmosphère, le soir du 10 avril, 2018 à Prince George, Colombie britannique, Canada. Son collègue Aurora Chaser, Robert Downie, s'agenouille au premier plan tandis que le photographe Ryan Sault capture l'étroit ruban de teintes blanc-violet au-dessus. Crédit :Ryan Sault.
"Aurora est définie par la précipitation de particules, des électrons et des protons tombant réellement dans notre atmosphère, alors que la lueur atmosphérique STEVE provient du chauffage sans précipitation de particules, " dit Béa Gallardo-Lacourt, un physicien de l'espace à l'Université de Calgary et co-auteur de la nouvelle étude. "Les électrons précipitants qui causent la clôture verte sont donc des aurores, bien que cela se produise en dehors de la zone aurorale, donc c'est vraiment unique."
Les images de STEVE sont belles en elles-mêmes, mais ils offrent aussi un moyen visible d'étudier l'invisible, des flux de particules chargées complexes dans la magnétosphère terrestre, selon les auteurs de l'étude. Les nouveaux résultats aident les scientifiques à mieux comprendre comment les flux de particules se développent dans l'ionosphère, ce qui est un objectif important car de telles perturbations peuvent interférer avec les communications radio et affecter les signaux GPS.
D'où vient STEVE ?
Dans la nouvelle étude, les chercheurs voulaient savoir ce qui alimente STEVE et si cela se produit à la fois dans les hémisphères nord et sud. Ils ont analysé les données de plusieurs satellites passant au-dessus lors des événements STEVE en avril 2008 et mai 2016 pour mesurer les champs électriques et magnétiques dans la magnétosphère terrestre à l'époque.
Les chercheurs ont ensuite couplé les données satellitaires avec des photos de STEVE prises par des photographes amateurs d'aurores boréales pour déterminer la cause de la lueur inhabituelle. Ils ont découvert que pendant STEVE, une "rivière" de particules chargées dans l'ionosphère terrestre entre en collision, créant une friction qui chauffe les particules et les fait émettre une lumière mauve. Les ampoules à incandescence fonctionnent à peu près de la même manière, où l'électricité chauffe un filament de tungstène jusqu'à ce qu'il soit assez chaud pour briller.
Représentation d'artiste de la magnétosphère lors de l'événement STEVE, représentant la région du plasma qui tombe dans la zone aurorale (vert), la plasmasphère (bleu) et la frontière entre eux appelée la plasmapause (rouge). Les satellites THEMIS et SWARM (gauche et haut) ont observé des vagues (gribouillis rouges) qui alimentent la lueur atmosphérique STEVE et la palissade (en médaillon), tandis que le satellite DMSP (en bas) a détecté une précipitation d'électrons et un arc lumineux conjugué dans l'hémisphère sud. Crédit :Emmanuel Masongsong, UCLA, et Yukitoshi Nishimura, BU/UCLA.
De façon intéressante, l'étude a révélé que la clôture est alimentée par des électrons énergétiques provenant de l'espace à des milliers de kilomètres au-dessus de la Terre. Bien que similaire au processus qui crée des aurores typiques, ces électrons impactent l'atmosphère loin au sud des latitudes aurorales habituelles. Les données satellitaires ont montré que les ondes à haute fréquence se déplaçant de la magnétosphère terrestre à son ionosphère peuvent dynamiser les électrons et les faire sortir de la magnétosphère pour créer l'affichage de la palissade rayée.
Les chercheurs ont également découvert que la palissade se produisait dans les deux hémisphères en même temps, soutenant la conclusion que sa source est suffisamment élevée au-dessus de la Terre pour alimenter simultanément les deux hémisphères en énergie.
La participation du public a été cruciale pour la recherche STEVE en fournissant des images au sol et des données précises de temps et de localisation, selon Toshi Nishimura, un physicien de l'espace à l'Université de Boston et auteur principal de la nouvelle étude.
« Alors que les caméras commerciales deviennent plus sensibles et que l'excitation suscitée par les aurores se propage via les médias sociaux, les scientifiques citoyens peuvent agir comme un «réseau de capteurs mobiles, ' et nous leur sommes reconnaissants de nous avoir fourni des données à analyser, " dit Nishimura.
