Le champ magnétique et les courants électriques à l’intérieur et autour de la Terre génèrent des forces complexes qui ont un impact incommensurable sur la vie de tous les jours. Le champ peut être considéré comme une énorme bulle, nous protégeant du rayonnement cosmique et des particules chargées qui bombardent la Terre dans les vents solaires. Crédit : ESA/ATG medialab
La notion de vivre dans une bulle est généralement associée à des connotations négatives, mais toute vie sur Terre dépend de la bulle sûre créée par notre champ magnétique. Comprendre comment le champ est généré, comment il nous protège et comment il cède parfois la place aux particules chargées du vent solaire n’est pas seulement une question d’intérêt scientifique, mais aussi une question de sécurité. En utilisant les informations des missions Cluster et Swarm de l’ESA ainsi que des mesures au sol, les scientifiques ont, pour la première fois, été en mesure de confirmer que des écoulements massifs en salves curieusement nommés sont directement liés à des changements brusques du champ magnétique près de la surface de la Terre, ce qui peut provoquer des dommages aux pipelines et aux lignes électriques.
Écoulements massifs en rafales liés à des perturbations du champ magnétique près de la Terre. Crédit : ESA
La magnétosphère est une région en forme de larme dans l’espace qui commence à environ 65 000 km de la Terre du côté jour et s’étend sur plus de 6 000 000 km du côté nuit. Il est formé par les interactions entre le champ magnétique terrestre et le vent supersonique provenant du Soleil.
Ces interactions sont extrêmement dynamiques et comprennent des configurations de champ magnétique compliquées et des systèmes de courant électrique. Certaines conditions solaires, connues sous le nom de météo spatiale, peuvent faire des ravages dans la magnétosphère en entraînant des particules et des courants hautement énergétiques autour du système, perturbant parfois le matériel spatial, les réseaux de communication au sol et les systèmes d’alimentation.
La mission Cluster comprend quatre satellites volant dans une formation tétraédrique et collectant les données les plus détaillées à ce jour sur les changements à petite échelle dans l’espace proche de la Terre et sur l’interaction entre les particules chargées du vent solaire et la magnétosphère terrestre. Crédit : ESA
Sur une orbite elliptique autour de la Terre, jusqu’à 100 000 km de distance, la mission Cluster unique de quatre engins spatiaux de l’ESA révèle les secrets de notre environnement magnétique depuis 2000. Remarquablement, la mission est toujours en excellente santé et permet toujours de nouvelles découvertes dans le domaine. de l’héliophysique – la science examinant la relation entre le Soleil et les corps du système solaire, dans ce cas, la Terre.
Lancé en 2013, le trio de satellites Swarm de l’ESA orbite beaucoup plus près de la Terre et est largement utilisé pour comprendre comment notre champ magnétique est généré en mesurant avec précision les signaux magnétiques qui proviennent du noyau, du manteau, de la croûte et des océans de la Terre, ainsi que du ionosphère et magnétosphère. Cependant, Swarm ouvre également de nouvelles perspectives sur la météo dans l’espace.
La complémentarité de ces deux missions, intégrées à l’Observatoire d’héliophysique de l’ESA, offre aux scientifiques une opportunité unique d’approfondir la magnétosphère terrestre et de mieux comprendre les risques de la météorologie spatiale.
Constellation d’essaim. Crédit : ESA/ATG Medialab
Dans un article publié en Lettres de recherche géophysique, les scientifiques décrivent comment ils ont utilisé les données de Cluster et Swarm ainsi que des mesures d’instruments au sol pour examiner la connexion entre les tempêtes solaires, les écoulements massifs en rafales dans la magnétosphère interne et les perturbations du champ magnétique au niveau du sol qui entraînent des “courants induits géomagnétiquement”. sur et sous la surface de la Terre.
La théorie était que des changements intenses dans le champ géomagnétique entraînant des courants induits géomagnétiquement sont associés à des courants circulant dans la direction du champ magnétique, entraînés par des écoulements massifs en rafales, qui sont des salves rapides d’ions se déplaçant généralement à plus de 150 km par seconde. Ces courants alignés sur le champ relient l’ionosphère et la magnétosphère et traversent les emplacements de l’amas et de l’essaim. Jusqu’à présent, cette théorie n’avait pas été confirmée.
Malcolm Dunlop, du laboratoire Rutherford Appleton au Royaume-Uni, a expliqué : « Nous avons utilisé l’exemple d’une tempête solaire en 2015 pour nos recherches. Les données de Cluster nous ont permis d’examiner les écoulements massifs en salves – des salves de particules dans la queue magnétique – qui contribuent à la convection à grande échelle de matière vers la Terre pendant les périodes géomagnétiquement actives, et qui sont associés à des caractéristiques des aurores boréales connues sous le nom de banderoles aurorales. Les données de Swarm ont montré de grandes perturbations correspondantes plus proches de la Terre associées à la connexion de courants alignés sur le champ provenant des régions externes contenant les flux.
« Avec d’autres mesures prises à la surface de la Terre, nous avons pu confirmer que les perturbations intenses du champ magnétique près de la Terre sont liées à l’arrivée de flux massifs en rafales plus loin dans l’espace. »
La responsable de la mission Swarm de l’ESA, Anja Strømme, a ajouté : “C’est grâce au fait que les deux missions se sont prolongées bien au-delà de leur durée de vie prévue, et donc d’avoir les deux missions en orbite simultanément, qui nous ont permis de réaliser ces découvertes.”
Bien que cette découverte scientifique puisse sembler quelque peu académique, elle présente de réels avantages pour la société.
Le Soleil baigne notre planète de la lumière et de la chaleur nécessaires à la vie, mais il nous bombarde également de particules chargées dangereuses dans le vent solaire. Ces particules chargées peuvent endommager les réseaux de communication et les systèmes de navigation tels que le GPS et les satellites, sur lesquels nous comptons tous pour les services et les informations dans notre vie quotidienne.
Comme l’explique le document, ces tempêtes peuvent affecter la surface et le sous-sol de la Terre, entraînant des pannes de courant, telles que la panne d’électricité majeure que le Québec au Canada a subie en 1989.
La météo spatiale fait référence aux conditions environnementales dans l’espace influencées par l’activité solaire. Crédit : ESA/Science Office
Avec une infrastructure en croissance rapide, à la fois au sol et dans l’espace, qui soutient la vie moderne, il est de plus en plus nécessaire de comprendre et de surveiller la météo dans l’espace pour adopter des stratégies d’atténuation appropriées.
Alexi Glover, du Bureau de la météorologie spatiale de l’ESA, a déclaré : « Ces nouveaux résultats nous aident à mieux comprendre les processus au sein de la magnétosphère qui peuvent conduire à des conditions météorologiques spatiales potentiellement dangereuses. Comprendre ces phénomènes et leurs effets potentiels est essentiel pour développer des services fiables pour les utilisateurs finaux exploitant des infrastructures potentiellement sensibles.
Référence : « Intense dB/dt Variations Driven by Near-Earth Bursty Bulk Flows (BBFs): A Case Study” par Dong Wei, Malcolm W. Dunlop, Junying Yang, Xiangcheng Dong, Yiqun Yu, Tieyan Wang, 20 janvier 2021, Lettres de recherche géophysique.
DOI : 10.1029/2020GL091781
