Le « chant » magnétique terrestre enregistré pour la première fois pendant une tempête solaire
Sur cette image, le point situé sur la gauche représente la Terre et le grand arc qui l’entoure est l’arc de choc magnétique de notre planète. Le motif tourbillonnant à droite est le pré-choc, une région où le vent solaire se brise en vagues lorsqu’il rencontre les particules réfléchies par l’arc de choc. L’image a été créée à l’aide du modèle Vlasiator, une simulation informatique développée à l'Université d'Helsinki pour étudier l’interaction magnétique de la Terre avec le vent solaire. (Image : équipe Vlasiator / Université d’Helsinki)
Les données d’archive de la mission Cluster de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont fourni un enregistrement du mystérieux « chant » émis par la Terre lorsqu’elle est frappée par une tempête solaire ou éruption solaire.
Ce chant provient d’ondes générées dans le champ magnétique terrestre lorsque celui-ci subit l’attaque d’une tempête solaire. La tempête elle-même est l’éruption de particules chargées électriquement provenant de l’atmosphère du Soleil.
Une équipe dirigée par Lucile Turc, une ancienne chercheuse de l’ESA maintenant basée à l’Université d’Helsinki, en Finlande, a fait cette découverte après avoir analysé les données d’archives scientifiques de la mission Cluster. Les archives permettent d’accéder à l’ensemble des données obtenues au cours de la mission Cluster depuis près de deux décennies.
Le Cluster se compose de quatre satellites qui orbitent autour de la Terre, étudiant l’environnement magnétique de notre planète et son interaction avec le vent solaire - un flux constant de particules libérées par le Soleil dans le système solaire.
Dans le cadre de leur orbite, les satellites du Cluster volent à plusieurs reprises à travers le pré-choc, qui est la première région que les particules rencontrent lorsqu’une tempête solaire frappe notre planète. L’équipe a découvert qu’au début de la mission, de 2001 à 2005, l’engin spatial a survolé six collisions de ce genre, enregistrant les ondes qui avaient été générées.
La nouvelle analyse montre qu’au cours de la collision, le pré-choc est amené à libérer des ondes magnétiques beaucoup plus complexes qu’on ne le pensait au départ.
« Notre étude révèle que les tempêtes solaires modifient profondément la région du pré-choc », a expliqué Lucille Turc.
Lorsque les fréquences de ces ondes magnétiques sont transformées en signaux audibles, elles donnent naissance à un mystérieux chant qui pourrait s’apparenter davantage aux effets sonores d’un film de science-fiction qu’à un phénomène naturel. En période de calme, lorsqu’aucune tempête solaire ne frappe la Terre, le chant est plus grave et moins complexe, avec une seule fréquence dominant l’oscillation.
Lorsqu’une tempête solaire frappe, la fréquence de l’onde est à peu près doublée, et la fréquence précise des ondes résultantes dépend de l’intensité du champ magnétique dans la tempête. Lucile Turc a précisé que « c’était comme si la tempête changeait le réglage du pré-choc ».
Et cela ne s’arrête pas là parce que non seulement la fréquence de l’onde change, mais elle devient aussi beaucoup plus compliquée que la fréquence unique présente dans les périodes calmes. Une fois que la tempête atteint le pré-choc, la vague se brise en un réseau complexe de fréquences différentes et plus élevées.
Des simulations informatiques du pré-choc, réalisées à l’aide d’un modèle appelé Vlasiator, en cours de développement à l’Université d’Helsinki, montrent la configuration complexe des vagues qui apparaissent pendant les tempêtes solaires.
Les changements dans le pré-choc ont le pouvoir d’affecter la façon dont la tempête solaire se propage jusqu’à la surface de la Terre. Bien que la question du fonctionnement exact de ce processus reste ouverte, il est clair que l’énergie produite par les vagues dans le pré-choc ne peut s’échapper dans l’espace, car les vagues sont poussées vers la Terre par la tempête solaire entrante.
Cependant, avant d’atteindre notre atmosphère, les ondes rencontrent une autre barrière, l’arc de choc, qui est la région magnétique de l’espace qui ralentit les particules du vent solaire avant qu’elles n’entrent en collision avec le champ magnétique de la Terre. La collision des ondes magnétiques modifie le comportement de l’arc de choc, ce qui peut modifier la façon dont il traite l’énergie de la tempête solaire entrante.
Derrière l’arc de choc, les champs magnétiques de la Terre commencent à résonner à la fréquence des ondes, ce qui contribue à la transmission de la perturbation magnétique jusqu’au sol. C’est un processus rapide, qui prend environ 10 minutes à partir du moment où la vague est générée au niveau du pré-choc jusqu’à ce que son énergie atteigne le sol.
Lucile Turc et ses collègues travaillent maintenant à comprendre exactement comment ces ondes complexes sont générées. Elle a ajouté :
« Nous nous attendions toujours à un changement de fréquence, mais pas à un tel niveau de complexité dans la vague ».
Les tempêtes ou éruptions solaires sont prises en compte par la météorologie spatiale. Alors que le vent solaire souffle en permanence, les décharges explosives d’énergie près de la surface du Soleil génèrent des turbulences et des rafales qui finissent par donner lieu à des tempêtes solaires. Comprendre la météorologie spatiale est devenu de plus en plus important pour la société en raison des effets néfastes que les tempêtes solaires peuvent avoir sur l’électronique et la technologie qui y sont sensibles, au sol comme dans l’espace.
Il est maintenant plus important que jamais de comprendre comment les perturbations météorologiques spatiales, comme les tempêtes solaires, se propagent à travers le système solaire et jusqu’à la Terre. La prochaine mission Solar Orbiter de l’ESA, dont le lancement est prévu en février 2020, contribuera grandement à ces investigations.
Cette nouvelle étude scientifique, basée sur la mission de longue durée du Cluster, fournit de nouveaux détails dans ce domaine, mais elle a aussi un rôle plus important à jouer dans notre compréhension de l’Univers. Les champs magnétiques sont omniprésents et le type d'interaction complexe observé dans le pré-choc terrestre peut se produire dans divers environnements cosmiques, y compris celui des exoplanètes orbitant près de leur étoile mère, car elles seraient immergées dans des champs magnétiques intenses.
Philippe Escoubet, responsable scientifique du projet Cluster à l’ESA, a déclaré : « C’est un excellent exemple sur la façon dont le Cluster continue d’étendre nos connaissances sur la connexion Soleil-Terre, même des années après l’obtention des données originales. Les résultats nous emmènent plus loin dans les détails en ce qui concerne les interactions magnétiques fondamentales qui ont lieu à travers l’Univers ».
