De brillantes aurores boréales sont capturées au-dessus du Yukon, Canada, lors d'un orage géomagnétique. Crédit :Joseph Bradley
Au-delà de l'atmosphère terrestre, des nuages tourbillonnants de particules sous tension (ions et électrons) émanent du soleil. Ce « vent solaire » secoue la magnétosphère, le champ de force magnétique qui entoure la Terre.
De la même manière que les vents et les tempêtes créent des conditions météorologiques dans notre atmosphère, de fortes rafales de vent solaire pénétrant la magnétosphère peuvent générer des orages magnétiques avec de puissants courants électriques qui peuvent avoir un impact sur nos vies.
Une nouvelle étude de l'équipe de la mission NASA THEMIS, dirigée par Vassilis Angelopoulos, un professeur de physique spatiale de l'UCLA - est le premier à montrer que de telles tempêtes peuvent provenir beaucoup plus près de la Terre qu'on ne le pensait auparavant, chevauchant les orbites des conditions météorologiques critiques, communications et satellites GPS. Les résultats de l'équipe sont publiés dans la revue Physique de la nature .
Les orages magnétiques peuvent produire des aurores boréales éblouissantes ou des particules dangereuses se dirigeant vers les engins spatiaux et les astronautes, les zapping hors de service. Sous certaines conditions, les orages magnétiques peuvent désactiver le réseau électrique, perturber les communications radio et corroder les pipelines, créant même des aurores extrêmes visibles près de l'équateur.
"En étudiant la magnétosphère, nous améliorons nos chances de faire face au plus grand danger pour l'humanité en s'aventurant dans l'espace :les tempêtes alimentées par le soleil, " a déclaré Angelopoulos.
Un incident qui illustre la puissance dramatique des orages magnétiques s'est produit en 1921, lorsqu'une telle tempête a perturbé les communications télégraphiques et provoqué des pannes de courant qui ont entraîné l'incendie d'une gare de la ville de New York. Et en 1972, les astronautes d'Apollo 16 et 17 ont raté de peu ce qui aurait pu être une éruption solaire mortelle. Ces incidents soulignent les dangers potentiels qui devraient être évalués à mesure que de plus en plus d'humains s'aventurent en orbite. Si une tempête similaire se produisait aujourd'hui, une étude distincte estimée, les pertes économiques aux États-Unis dues aux pannes d'électricité ne pourraient dépasser 40 milliards de dollars par jour.
La magnétosphère terrestre lors d'un orage magnétique. A droite, trois satellites ont été reconnectés à proximité de l'orbite géosynchrone où résident de nombreux autres satellites critiques. Le « X » rouge identifie le site de reconnexion, et les flèches jaunes indiquent la direction des sorties explosives de particules sous tension vers et loin de la Terre. Les électrons dirigés vers la Terre (en rouge et en rose) transportent de l'énergie le long des lignes de champ magnétique pour alimenter les aurores aux pôles nord et sud de la Terre. Ces électrons excités ont été détectés par un satellite météorologique (au centre). Crédit :Emmanuel Masongsong/UCLA
L'influence des courants électriques dans l'espace sur les aurores et les orages magnétiques a longtemps été débattue dans la communauté de la physique spatiale. Parce que les tempêtes se produisent si rarement et que la couverture satellite est clairsemée, il a été difficile pour les chercheurs de détecter le processus dynamique qui alimente ces tempêtes.
Lorsque l'énergie magnétique du vent solaire est transférée dans la magnétosphère, il s'accumule jusqu'à ce qu'il soit converti en chaleur et en accélération de particules grâce à un processus appelé reconnexion magnétique. Après des décennies d'études, les chercheurs ne savent toujours pas exactement où se produit la reconnexion magnétique pendant les tempêtes.
Des observations récentes par plusieurs satellites ont montré que les orages magnétiques peuvent être déclenchés par une reconnexion magnétique beaucoup plus proche de la Terre qu'on ne le pensait auparavant. Les trois satellites THEMIS de la NASA n'ont observé une reconnexion magnétique qu'à environ trois ou quatre diamètres de la Terre. Les chercheurs ne s'attendaient pas à ce que cela se produise dans la configuration de champ magnétique relativement stable près de la Terre.
Plus tard, un satellite météo, qui était plus proche de la Terre en orbite géostationnaire, détecté des particules sous tension associées à des orages magnétiques.
Le satellite météorologique a prouvé que cette reconnexion proche de la Terre stimulait l'accélération des ions et des électrons à hautes énergies, un danger pour des centaines de satellites opérant sur cette orbite commune. De telles particules peuvent endommager l'électronique et l'ADN humain, augmentant le risque d'empoisonnement par rayonnement et de cancer pour les astronautes. Certaines particules peuvent même pénétrer dans l'atmosphère et affecter les passagers des compagnies aériennes.
"Ce n'est qu'avec de telles mesures directes de la reconnexion magnétique et des flux d'énergie qui en résultent que nous pourrions prouver de manière convaincante un mécanisme aussi inattendu de production d'électricité de tempête, " dit Angelopoulos, qui est l'auteur principal de l'article. "Capturer cet événement rare, plus proche de la Terre que jamais détecté auparavant, nous oblige à réviser les hypothèses antérieures sur le processus de reconnexion."
Cette découverte aidera finalement les scientifiques à affiner les modèles prédictifs de la façon dont la magnétosphère réagit au vent solaire, fournir de précieuses heures, voire des jours supplémentaires pour préparer les satellites, astronautes et le réseau énergétique pour le prochain "grand" dans l'espace.
