Lorsque des particules en mouvement rapide du soleil frappent le champ magnétique de la Terre, ils déclenchent des réactions susceptibles de perturber les satellites de communication et les réseaux électriques. Maintenant, Les scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont appris de nouveaux détails sur ce processus qui pourraient conduire à une meilleure prévision de ce que l'on appelle la météo spatiale.

Les résultats indiquent comment ces explosions régulières de particules se déplaçant rapidement du soleil interagissent avec les champs magnétiques entourant la Terre dans une région connue sous le nom de magnétosphère. Au cours de ces effusions solaires, les lignes de champ magnétique du soleil et de la Terre se heurtent. Les lignes de champ se cassent puis se rattachent, libérant d'énormes quantités d'énergie dans un processus connu sous le nom de reconnexion magnétique. Cette énergie se disperse à travers la magnétosphère et dans la haute atmosphère terrestre.

Les engins spatiaux et l'informatique fournissent des informations

Les scientifiques ont développé un programme informatique, ou algorithme, pour détecter automatiquement des structures en forme de bulles appelées « plasmoïdes » dans les données recueillies à partir de la magnétosphère. Le programme a analysé les informations recueillies par la mission Magnetospheric Multiscale (MMS) de la NASA, un groupe de quatre engins spatiaux lancé en 2015 pour étudier la reconnexion dans la magnétosphère.

"La manière exacte dont la reconnexion commence et libère de l'énergie est encore une question ouverte, " a déclaré Kendra Bergstedt, un étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas à PPPL et auteur principal de l'article rapportant les résultats dans Lettres de recherche géophysique . "Mieux comprendre ce processus pourrait nous aider à prévoir comment les tempêtes solaires nous affectent ici sur Terre. Nous pourrions également avoir une meilleure idée de l'impact de la reconnexion sur les réactions de fusion." En outre, la reconnexion magnétique est pertinente pour l'énergie de fusion, la puissance qui anime le soleil et les étoiles, que PPPL étudie dans un effort de duplication.

Le programme informatique recherche des modèles dans les données et évite les incohérences qui pourraient survenir si la recherche de modèles avait été menée par des individus. "Une personne pourrait regarder des données et penser qu'il s'agit d'une structure plasmoïde particulière tandis que quelqu'un d'autre pourrait la regarder et ne pas être d'accord, " a déclaré Bergstedt.

"En utilisant un algorithme avec des critères stricts, nous sommes en mesure de dire précisément comment nous avons catégorisé chaque structure et pourquoi. Il y a encore un certain biais, puisque l'algorithme a été écrit par un humain avec une idée subjective de ce qui constitue une structure, mais en utilisant un algorithme, ce biais pourrait plus facilement être signalé et critiqué. »

Les résultats jettent un nouvel éclairage sur l'émergence de l'énergie des particules. « Il y a un débat en cours sur les parties de la région de reconnexion qui contribuent le plus à l'activation des particules et comment, " a déclaré Bergstedt. " Nous avons découvert que les plasmoïdes à plus petite échelle que nous avons étudiés dans la région de reconnexion n'apportaient pas une grande contribution à l'énergie totale transmise par les champs magnétiques aux particules. "

Cette découverte fut une surprise. "Nous nous attendions tous à ce que la plupart de l'énergie se produise dans ces plasmoïdes, qui sont au centre de la mission MMS et de l'expérience de reconnexion magnétique (MRX) de PPPL, " dit Hantao Ji, physicien au PPPL et conseiller du projet de recherche de première année de Bergstedt, qui a généré cet article. "Ces résultats ont fortement motivé la Facilité d'Expérience de Reconnexion de Laboratoire (FLARE), notre prochaine étape d'expérience qui vise à générer une reconnexion magnétique dans ces nouveaux régimes avec beaucoup plus de structures et toutes les turbulences entre les deux."

Les résultats étaient remarquables parce que la physique est si complexe. Alors que les scientifiques ont fait des progrès significatifs dans la compréhension de la reconnexion, il y a encore beaucoup à apprendre. "Et comprendre le lien entre turbulence et reconnexion est encore plus difficile, " a déclaré Jongsoo Yoo, un physicien PPPL et co-auteur de l'article. "Kendra a fait du bon travail en obtenant de nouvelles connaissances sur le processus."

Comme son analyse n'a été appliquée qu'à une région limitée de la magnétosphère, Bergstedt espère que l'algorithme sera utilisé pour étudier d'autres régions. "C'était à la fois une bénédiction et une malédiction que j'aie regardé une si petite région, " a-t-elle dit. " C'est une bénédiction parce que je peux regarder ce système dans son ensemble et ne pas comparer les phénomènes de cette région aux phénomènes d'une autre région. "