Des ondes stationnaires surprenantes au bord de la bulle magnétique terrestre trouvées dans les données de la NASA

Magnetospheric Waves
Ondes magnétosphériques

Une illustration animée d’ondes magnétosphériques, en bleu clair. A l’avant de la magnétosphère, ces ondes semblent immobiles. Crédit : Martin Archer/Emmanuel Masongsong/NASA

La Terre navigue dans le système solaire dans un vaisseau de sa propre fabrication : la magnétosphère, le champ magnétique qui enveloppe et protège notre planète. La mer céleste dans laquelle nous nous trouvons est remplie de particules chargées provenant du Soleil, connues sous le nom de vent solaire. Tout comme les vagues de l’océan suivent le vent, les scientifiques s’attendaient à ce que les vagues voyageant le long de la magnétosphère ondulent dans la direction du vent solaire. Mais une nouvelle étude révèle que certaines vagues font exactement le contraire.

L’étude de ces ondes magnétosphériques, qui transportent l’énergie, aide les scientifiques à comprendre les façons complexes dont l’activité solaire se déroule dans l’espace autour de la Terre. Les conditions changeantes dans l’espace entraînées par le Soleil sont appelées météo spatiale. Ces conditions météorologiques peuvent avoir un impact sur notre technologie, des satellites de communication en orbite aux lignes électriques au sol. « Comprendre les limites de tout système est un problème clé », a déclaré Martin Archer, physicien de l’espace à collège impérial de Londres qui a dirigé la nouvelle étude, publiée le 6 octobre 2021, dans Communication Nature. “C’est comme ça que les choses entrent : l’énergie, l’élan, la matière.”

Archer se concentre sur les ondes de surface, c’est-à-dire les ondes qui nécessitent une frontière – dans ce cas, le bord de la magnétosphère – pour se déplacer. Auparavant, lui et ses collègues avaient établi cette frontière vibre comme un tambour. Lorsqu’une forte rafale de vent solaire bat contre la magnétosphère, les ondes se précipitent vers les pôles magnétiques de la Terre et sont réfléchies.


Dans cette vidéo, vous pouvez voir et écouter des ondes stationnaires au bord de la magnétosphère. Les données du modèle ont été traduites en fréquences audio et étirées dans le temps. Le panneau de gauche montre une vue plongeante sur le pôle nord de la Terre. Le panneau de droite présente une vue qui traverse la magnétosphère terrestre, le long des pôles nord et sud. Le rouge montre où le champ magnétique devient plus fort, tandis que le bleu montre où il s’affaiblit. Vous entendez d’abord des ondes à haute fréquence qui sont rapidement remplacées par une tonalité plus basse – les ondes stationnaires qui persistent plus longtemps au bord de la magnétosphère. Crédit : Martin Archer/CCMC/Nasa

Les derniers travaux examinent les ondes qui se forment sur toute la surface de la magnétosphère, en utilisant une combinaison de modèles et d’observations de la mission THEMIS de la NASA, Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms.

Les chercheurs ont découvert que lorsque les impulsions du vent solaire frappent, les ondes qui se forment non seulement vont et viennent entre les pôles magnétiques de la Terre et le front de la magnétosphère, mais voyagent également contre le vent solaire. Archer a comparé ces deux types de mouvements à la traversée d’une rivière : Un bateau peut aller d’une berge à l’autre (vers les pôles) et en amont (contre le vent solaire). A l’avant de la magnétosphère, ces ondes semblent s’arrêter.

Les observations des satellites THEMIS depuis la magnétosphère ont d’abord laissé entendre que certaines vagues pourraient se déplacer contre le vent solaire. Les chercheurs ont utilisé des modèles pour illustrer comment l’énergie du vent venant du Soleil et celle des vagues allant contre lui pouvaient s’annuler. C’est similaire à ce qui se passe si vous essayez de monter un escalator descendant. “Il va sembler que vous ne bougez pas du tout, même si vous faites beaucoup d’efforts”, a déclaré Archer.

Ces ondes stationnaires peuvent persister plus longtemps que celles qui se déplacent avec le vent solaire. Cela signifie qu’ils sont plus longs pour accélérer les particules dans l’espace proche de la Terre, ce qui entraîne des impacts potentiels dans le ceintures de radiation, aurore, ou ionosphère. Archer s’attend à ce que des ondes stationnaires puissent se produire ailleurs dans l’univers, des magnétosphères d’autres planètes aux périphéries des trous noirs. L’étude des vagues près de chez nous peut aider les scientifiques à comprendre des frontières aussi éloignées.

En traduisant les modèles d’ondes et les données dans la gamme audible, nous pouvons écouter le son de ces ondes curieuses.

Référence : « Magnetopause ripples going against the flow form azimutally stationary surface waves » par MO Archer, MD Hartinger, F. Plaschke, DJ Southwood et L. Rastaetter, 6 octobre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25923-7

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