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
L’énergie du vent solaire interagissant avec la « bulle » magnétosphérique autour de la Terre crée des vagues d’énergie qui semblent s’arrêter.
Cette nouvelle découverte, issue de recherches menées par des scientifiques impériaux, améliore notre compréhension des conditions autour de la Terre qui contribuent à la « météo spatiale », qui peut avoir un impact sur notre technologie, des satellites de communication en orbite aux lignes électriques au sol.
« C’est similaire à ce qui se passe si vous essayez de monter un escalier roulant vers le bas. Vous aurez l’impression de ne pas bouger du tout, même si vous faites beaucoup d’efforts. – Dr Martin Archer
Le Soleil libère un flux de particules chargées appelé vent solaire. À la surface de la Terre, nous sommes protégés de ce barrage par la magnétosphère – une bulle créée par le champ magnétique terrestre.
Lorsque le vent solaire frappe la magnétosphère, des ondes d’énergie sont transférées le long de la frontière entre les deux. Les scientifiques pensaient que les vagues devraient onduler dans la direction du vent solaire, mais la nouvelle étude, publiée récemment dans Communication Nature, révèle que certaines vagues font exactement le contraire.
Ondes stationnaires
Auparavant, le chercheur principal, le Dr Martin Archer, du Département de physique de l’Impériale, et ses collègues ont établi le la limite de la magnétosphère vibre comme un tambour. Lorsqu’une impulsion semblable à un pilon du vent solaire frappe l’avant même de notre bulle magnétosphérique, les ondes se précipitent vers les pôles magnétiques de la Terre et sont réfléchies.
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 Nasades satellites THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms).
Les chercheurs ont découvert que lorsque les impulsions du vent solaire frappent la magnétosphère, les ondes qui se forment non seulement vont et viennent le long des lignes de champ de la Terre, mais voyagent également contre le vent solaire.
Film des résultats de la simulation à l’équateur (à gauche) et au méridien de midi (à droite). La limite de la magnétosphère (noire) se déplace en raison des ondes de surface, qui compriment (rouge) ou raréfie (bleu) la magnétosphère. Les oscillations ont également été converties en audio d’accompagnement.
L’équipe a utilisé des modèles pour illustrer comment l’énergie du vent venant du Soleil et celle des vagues allant à son encontre pouvaient s’annuler, créant des «ondes stationnaires» qui impliquent beaucoup d’énergie mais semblent n’aller nulle part.
Le Dr Archer a déclaré: «C’est similaire à ce qui se passe si vous essayez de monter un escalier roulant vers le bas. Vous aurez l’impression de ne pas bouger du tout, même si vous faites beaucoup d’efforts.
Ces ondes stationnaires peuvent persister plus longtemps que celles qui se déplacent avec le vent solaire. Cela signifie qu’ils sont plus longs à accélérer les particules dans l’espace proche de la Terre, entraînant des impacts potentiels dans des régions comme les ceintures de radiation de la Terre, les aurores ou l’ionosphère.
Les chercheurs disent également que des ondes stationnaires peuvent se produire ailleurs dans l’univers, des magnétosphères d’autres planètes aux périphéries des trous noirs.
Ondes de son
Les chercheurs ont également traduit les signaux électromagnétiques des satellites THEMIS en audio, ce qui nous permet d’écouter les sons des ondes traversant la frontière magnétosphérique.
Compressions et raréfactions de la magnétosphère mesurées par les satellites THEMIS converties en son audible.
Le Dr Archer a ajouté : « Alors que dans une simulation, nous pouvons voir ce qui se passe partout, les satellites ne peuvent mesurer ces ondes que là où ils ne nous donnent que des séries chronologiques et des lignes ondulées. Ce type de données est en fait mieux adapté à notre ouïe qu’à notre vue, donc écouter les données peut souvent nous donner une idée plus intuitive de ce qui se passe.
« Vous pouvez entendre le son de respiration profonde des ondes de surface debout persister tout au long, augmentant de volume à chaque impulsion. Les sons plus aigus, associés à d’autres types d’ondes, ne durent pas aussi longtemps.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Surprising Standing Waves at Edge of Earth’s Magnetic Bubble Found in NASA Data.
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
