Illustration d'artiste du vaisseau spatial Cluster de l'ESA flottant au-dessus de la Terre. Crédit image: ESA Cliquez pour agrandir
La mission Cluster de l’ESA a révélé un nouveau mécanisme de création d’électrons tueurs - des électrons hautement énergétiques qui sont responsables de l’endommagement des satellites et constituent un grave danger pour les astronautes.
Au cours des cinq dernières années, une série de découvertes de la mission du cluster multi-vaisseaux spatiaux a considérablement amélioré nos connaissances sur la façon, où et dans quelles conditions ces électrons tueurs sont créés dans la magnétosphère terrestre.
Les premières mesures par satellite dans les années 1950 ont révélé l'existence de deux anneaux permanents de particules énergétiques autour de la Terre.
Habituellement appelées «ceintures de rayonnement de Van Allen», elles sont remplies de particules piégées par le champ magnétique terrestre. Les observations ont montré que la ceinture intérieure contient une population de protons assez stable, tandis que la ceinture extérieure est principalement composée d'électrons en quantité plus variable.
Certains des électrons de la ceinture extérieure peuvent être accélérés à des énergies très élevées, et ce sont ces «électrons tueurs» qui peuvent pénétrer dans un blindage épais et endommager l’électronique satellite sensible. Cet environnement de rayonnement intense constitue également une menace pour les astronautes.
Les scientifiques tentent depuis longtemps d'expliquer pourquoi le nombre de particules chargées à l'intérieur des ceintures varie tellement. Notre percée majeure est survenue lorsque deux rares tempêtes spatiales se sont produites presque consécutivement en octobre et novembre 2003.
Pendant les tempêtes, une partie de la ceinture de rayonnement de Van Allen a été drainée d'électrons puis reformée beaucoup plus près de la Terre dans une région généralement considérée comme relativement sûre pour les satellites.
Lorsque les ceintures de rayonnement se sont reformées, elles n’ont pas augmenté selon une théorie de longue date de l’accélération des particules, appelée «diffusion radiale». La théorie de la diffusion radiale considère les lignes de champ magnétique de la Terre comme des bandes élastiques.
Si les bandes sont pincées, elles vacillent. S'ils vacillent au même rythme que les particules qui dérivent autour de la Terre, les particules peuvent être entraînées à travers le champ magnétique et accélérées. Ce processus est entraîné par l'activité solaire.
Au lieu de cela, une équipe de scientifiques européens et américains dirigée par le Dr Richard Horne du British Antarctic Survey, Oxford, Royaume-Uni, a utilisé des données provenant de clusters et de récepteurs au sol en Antarctique pour montrer que des ondes très basses fréquences peuvent provoquer l'accélération des particules et intensifier les ceintures.
Ces ondes, appelées «chorus», sont des émissions électromagnétiques naturelles dans la gamme des fréquences audio. Ils sont constitués d'éléments discrets de courte durée (moins d'une seconde) qui sonnent comme le chœur d'oiseaux chantant au lever du soleil. Ces ondes sont parmi les plus intenses de la magnétosphère extérieure.
Le nombre d’électrons tueurs peut augmenter d’un facteur mille au sommet d’une tempête magnétique et les jours suivants. Une activité solaire intense peut également pousser la ceinture extérieure beaucoup plus près de la Terre, soumettant ainsi les satellites de basse altitude à un environnement beaucoup plus rude que prévu.
La théorie de la diffusion radiale est toujours valable dans certaines conditions géophysiques. Avant cette découverte, certains scientifiques pensaient que les émissions de chorus n'étaient pas suffisamment efficaces pour tenir compte de la reformation de la ceinture de rayonnement externe. Ce que Cluster a révélé, c'est que dans certaines conditions géophysiques très perturbées, les émissions de chorus sont suffisantes.
Grâce à la capacité de mesure multipoint unique de Cluster, les dimensions caractéristiques de ces régions sources de chorus ont été estimées pour la première fois.
Les dimensions typiques se sont avérées être de quelques centaines de kilomètres dans la direction perpendiculaire au champ magnétique terrestre et de quelques milliers de kilomètres dans la direction parallèle à celui-ci.
Cependant, les dimensions trouvées jusqu'à présent sont basées sur des études de cas. «Dans des conditions magnétosphériques perturbées, les régions sources du chœur forment des objets longs et étroits de type spaghetti. La question est maintenant de savoir si ces échelles perpendiculaires très basses sont une propriété générale du mécanisme du chœur, ou juste un cas particulier des observations analysées », a déclaré Ondrej Santolik, de l'Université Charles, Prague, République tchèque, et principal auteur de ce résultat.
En raison de notre dépendance accrue à l'égard des technologies et des communications spatiales, il est très important de comprendre comment, dans quelles conditions et où ces électrons tueurs sont créés, en particulier pendant les tempêtes magnétiques.
Source d'origine: portail ESA
