Une étude révèle l’importance de la haute atmosphère terrestre dans le développement des tempêtes géomagnétiques

Une étude menée par une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université de Nagoya au Japon et de l’Université du New Hampshire aux États-Unis a révélé l’importance de la haute atmosphère terrestre dans la détermination du développement des grandes tempêtes géomagnétiques.

Leurs conclusions, publiées dans Communications naturelles, révèlent l’importance jusqu’alors sous-estimée de l’atmosphère terrestre. Il est important de comprendre les facteurs à l’origine des tempêtes géomagnétiques, car elles peuvent avoir un impact direct sur le champ magnétique terrestre, par exemple en provoquant des courants indésirables dans le réseau électrique et en perturbant les signaux radio et le GPS. Ces recherches pourraient aider à prédire les tempêtes qui auront les plus grandes conséquences.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les tempêtes géomagnétiques sont associées aux activités du soleil. Les particules chargées et chaudes constituent la couche externe du soleil, celle qui nous est visible. Ces particules s’échappent du soleil, créant le « vent solaire » et interagissent avec les objets dans l’espace, comme la Terre. Lorsque les particules atteignent le champ magnétique entourant notre planète, appelé magnétosphère, elles interagissent avec lui.

Les interactions entre les particules chargées et les champs magnétiques conduisent à la météorologie spatiale, aux conditions spatiales qui peuvent affecter la Terre et les systèmes technologiques tels que les satellites.

La queue magnétique est une partie importante de la magnétosphère. La magnétoqueue est la partie de la magnétosphère qui s’étend à l’opposé du soleil, dans la direction du vent solaire. À l’intérieur de la queue magnétique se trouve la région de la feuille de plasma, qui regorge de particules chargées (plasma). La couche de plasma est importante car c’est la région source des particules qui pénètrent dans la magnétosphère interne, créant le courant qui provoque les tempêtes géomagnétiques.

Bien que l’importance du soleil soit bien connue, un groupe international de chercheurs a cherché à résoudre le mystère de la quantité de plasma de la magnétosphère provenant de la Terre et de la manière dont cette contribution change lors d’une tempête géomagnétique.

Le groupe était dirigé par Lynn Kistler, professeur désigné à l’Université de Nagoya et professeur à l’Université du New Hampshire (nomination croisée), Yoshizumi Miyoshi, professeur à l’Université de Nagoya, et Tomoaki Hori, professeur désigné à l’Université de Nagoya.

Pour leur étude, ils ont utilisé les données d’une grande tempête géomagnétique survenue les 7 et 8 septembre 2017. Pendant ce temps, le soleil a libéré une éjection massive de masse coronale qui est entrée en collision avec l’atmosphère terrestre, provoquant une énorme tempête géomagnétique. L’impact a perturbé la magnétosphère, entraînant des interférences avec les signaux radio, le GPS et les applications de synchronisation de précision.

Les chercheurs ont analysé rétrospectivement le transport des ions au cours de cet événement en utilisant les données de plusieurs missions spatiales, notamment la mission NASA/Magnetospheric Multiscale (MMS), la mission japonaise Arase, la mission ESA/Cluster et la mission NASA/Wind. Ils ont distingué les ions de ceux du vent solaire et de ceux de l’ionosphère elle-même.

En utilisant des mesures simultanées de la composition du vent solaire pour suivre les changements de source, ils ont identifié des changements substantiels dans la composition et d’autres propriétés de la couche de plasma géocroiseur au fur et à mesure de son développement. Ces propriétés de la feuille de plasma, telles que la densité, la distribution d’énergie des particules et la composition, affectent le développement de la tempête géomagnétique.

Au début de la phase principale de la tempête, la source est passée d’une dominance du vent solaire à une dominance de l’ionosphère. “La découverte la plus importante a été qu’au début de la tempête géomagnétique, le plasma est passé d’un plasma principalement solaire à un plasma principalement ionosphérique”, a expliqué Kistler. “Cela montre que la tempête géomagnétique entraîne davantage de sorties de l’ionosphère terrestre et que le plasma ionosphérique peut se déplacer rapidement dans toute la magnétosphère.”

“Dans l’ensemble, nos recherches contribuent à comprendre le développement des tempêtes géomagnétiques en montrant l’importance du plasma ionosphérique terrestre”, poursuit-elle.

“Nous avons trouvé des preuves irréfutables que les plasmas provenant non seulement du Soleil mais aussi de la Terre provoquent une tempête géomagnétique. En bref, les propriétés de la couche de plasma (la densité, la distribution d’énergie des particules, la composition) affecteront les tempêtes géomagnétiques, et ces propriétés sont différents selon les sources.”