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L'ESA fait la lumière sur le spectacle étincelant des aurores

ActualitéClassé sous :Univers , aurore polaire , mission Cluster

La mission Cluster de l'Agence Spatiale Européenne, qui étudie en 3 dimensions l'interaction du vent solaire avec la magnétosphère terrestre, a établit que des flux rapides de plasma, les Bursty Bulk Flows, pourraient jouer un rôle majeur dans le déclenchement des sous-orages magnétiques, à l'origine d'aurores polaires.

Des aurores au-dessus du Canada, photographiées depuis la Station Spatiale Internationale, à une altitude d'approximativement 400 km. © ESA

Les aurores polaires, magnifiques voiles colorés qu'on observe dans les régions proches des pôles magnétiques, sont causées principalement par des électrons énergétiques, piégés dans le champ magnétique terrestre, entrant en collision avec des particules de la haute atmosphère. Ces électrons proviennent de la queue magnétique, une zone de l'espace située du côté nuit de la Terre, où la magnétosphère est déformée en une traîne par le vent solaire. En son centre, une couche plus dense, constituée de plasma, est le siège de violents sous-orages magnétiques. Ces derniers, en plus de produire un remarquable spectacle de lumières, perturbent les communications entre la Terre et les satellites en orbite.

Schéma de la magnétosphère terrestre. La queue magnétique se compose de trois parties : une couche de plasma, centrée à l'équateur, et deux lobes situés de part et d'autre de la région centrale. © ESA

Une des questions majeures, à propos de ces sous-orages, est de déterminer le mécanisme primaire à la base du transport de masse, d'énergie et de flux magnétique en direction de la Terre. Un candidat possible est le phénomène de Bursty Bulk Flow (BBF), des flux de gaz ultra-rapides qui voyagent à plus de 300 km/s au sein de la couche centrale de plasma. Mais leur confinement spatial, ainsi que leur courte durée, semaient jusqu'à présent le doute sur leur implication dans les phénomènes de sous-orages polaires. D'après une étude statistique récente, menée par le Dr Jinbin Cao, du Key laboratory of Space Weather à Pékin, et ses confrères européens et américains, les BBF seraient néanmoins très efficaces pour « asperger » la Terre de plasma.

Cette séquence d'images, prises dans l'ultraviolet à partir du satellite POLAR, montre le développement d'un sous-orage magnéto-sphérique, le 24 février 2000, au-dessus du nord de l'Asie. © ESA

A l'aide de données récoltées, de juillet à octobre 2001 et 2002, par trois satellites de la mission Cluster, Cao et ses collègues ont observé 67 sous-orages et 209 BBF. Dans un premier temps, l'utilisation d'un seul vaisseau, Cluster 1 (C1), a montré que seuls 78 % des sous-orages étaient accompagnés d'au moins un BBF. Cependant, les observations combinées de C1, C3 et C4, ont fait apparaître que seulement 4,5 % des sous-orages étaient délaissés par les BBF. « Pour la première fois, il semble possible que tous les sous-orages soient accompagnés de BBF », commente le Dr Cao. Un autre résultat, obtenu lui aussi par la combinaison de trois vaisseaux, révèle une durée moyenne de 18 minutes et 25 secondes, soit près du double de celle estimée auparavant.

Comme le souligne Philippe Escoubet, qui participe aux projets Cluster et Double Star de l'ESA, « ces nouveaux résultats de la mission Cluster montrent clairement que des observations faites à partir de plusieurs endroits sont la clé pour comprendre le phénomène de sous-orage magnétique ».

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