Les satellites Cluster de l’ESA percent le secret d’un phénomène auroral

Les satellites Cluster étudient les effets du vent solaire
20 mai 2003

ESA PR 31-2003. Les quatre satellites Cluster de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont réalisé une remarquable série d’observations qui a permis de lever le voile sur l’origine d’un type d’aurores étrange et fascinant.

Ces aurores, qui se présentent sous forme de tâches brillantes illuminant l’atmosphère terrestre, sont dénommées « aurores à protons ». Elles se produisent lorsque des « fractures » se forment dans le champ magnétique terrestre, laissant passer des particules solaires qui entrent en collision avec les molécules présentes dans l’atmosphère. C’est la première fois qu’un lien précis et direct peut être établi entre ces deux évènements.

Le champ magnétique terrestre s’apparente à un bouclier qui protège la Terre du « vent solaire », flux constant de microparticules éjectées par le Soleil. Le vent solaire est lui-même formé de protons et d’électrons issus d’atomes d’hydrogène. Lorsque des électrons parviennent à se frayer un chemin à travers l’atmosphère terrestre, ils entrent en collision avec les atomes de l’atmosphère. Soumis à une excitation, les atomes libèrent leur énergie qui se transforme en lumière et engendre les « draperies» colorées que nous appelons « aurores boréales » (ou aurores australes dans l’hémisphère Sud). Les « aurores à protons » se produisent lorsque des protons capturent les électrons d’atomes de notre atmosphère.

Le 18 mars de l’année dernière, un jet de protons solaires à haute énergie est entré en collision avec l’atmosphère terrestre, donnant naissance à une tâche brillante observée par le satellite IMAGE de la NASA. Au même moment, Cluster passait au-dessus d’IMAGE et traversait la zone d’où émanait ce jet de protons. Grâce à une analyse approfondie des données recueillies par Cluster, nous savons maintenant que cette zone était alors le siège d’un phénomène turbulent connu sous le nom de « reconnexion magnétique ». Ce phénomène se produit lorsque le champ magnétique terrestre, habituellement impénétrable, se fissure avant de retrouver une configuration stable. Tant que le champ magnétique n’est pas réparé, les protons solaires s’engouffrent dans la brèche et sont éjectés dans l’atmosphère terrestre, créant les aurores à protons.

Earth's magnetic field is buffeted by solar wind
Le champ magnétique de la Terre et le vent solaire

« Grâce aux observations des satellites Cluster », commente Philippe Escoubet, responsable scientifique de la mission Cluster à l’ESA, « les scientifiques ont pu établir pour la première fois avec certitude l’existence d’un lien direct entre une aurore à protons et un phénomène de reconnexion magnétique ».

Pour Tai Phan, qui dirige les recherches à l’université de Californie, à Berkeley, Etats﷓Unis, un nouveau moyen d’étude du bouclier protecteur de la Terre s’offre à présent aux scientifiques. « Ce résultat élargit le champ de nos investigations», déclare-t-il. « Nous pouvons à présent observer les aurores à protons et nous servir de ces observations pour tenter de découvrir où et comment se forment les fissures du champ magnétique et combien de temps elles restent ouvertes. Nous disposons ainsi d’un formidable outil pour étudier la pénétration du vent solaire dans la magnétosphère terrestre ».

Les scientifiques s’intéressent beaucoup aux interactions Soleil-Terre car celles-ci sont importantes pour comprendre l’influence du Soleil sur notre planète, et en premier lieu sur son climat. Par ailleurs, si ces interactions ne constituent pas une menace directe pour l’homme, il est néanmoins utile de mieux les connaître car certains phénomènes comme de violentes éruptions solaires peuvent endommager ou détruire les satellites.

Note aux rédactions:

Le satellite IMAGE de la NASA est le premier à avoir réalisé des prises de vues globales d’aurores à protons. Par un heureux hasard, IMAGE et Cluster ont simultanément détecté un évènement de ce type le 18 mars 2002. La combinaison des observations des deux satellites a permis d’établir avec certitude l’origine de ce phénomène.

Les résultats de ces travaux seront publiés sous le titre « Simultaneous Cluster and IMAGE Observations of Cusp Reconnection and Auroral Spot for Northward IMF », dans un article de Tai Phan et 24 autres auteurs qui paraîtra dans la revue Geographical Research Letters (Vol. 30, n°10, 21 mai 2003).

Les chercheurs principaux responsables des instruments qui ont permis d’obtenir ces résultats sont : Henri Rème, du CERS, Toulouse, France (détecteurs de protons) ; Andre Balogh, de l’Imperial College, Londres, Royaume-Uni (instrument de mesure du champ magnétique) et Stephen Mende, de l’université de Californie, Berkeley, Etats-Unis (IMAGE/FUV).

A propos de Cluster

La mission Cluster de l’ESA comporte quatre satellites lancés par deux fusées russes au cours de l’été 2000. Ces satellites volent à présent en formation autour de la Terre et transmettent des données en trois dimensions d’une précision inédite concernant l’influence du vent solaire sur notre planète. Le vent solaire est un flux continu de particules subatomiques en provenance du Soleil qui peut endommager les satellites de télécommunications, voire nos centrales électriques. La mission Cluster doit se poursuivre au moins jusqu’en 2005.

Cluster est l’une des missions du Programme international « Vivre avec une étoile » (ILWS). Cette initiative, qui rassemble des agences spatiales du monde entier, vise à étudier la manière dont les variations de l’activité solaire affectent l’environnement de la Terre et d’autres planètes. Les recherches se concentreront plus particulièrement sur les aspects du système Soleil/Terre qui peuvent avoir une incidence sur la vie humaine et l’organisation de la société. L’ILWS est le fruit d’une collaboration entre l’Europe, les Etats-Unis, la Russie, le Japon et le Canada.

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Dr Tai Phan, Space Sciences Laboratory, UC Berkeley, Etats-Unis
Tél : +1 (510) 643-5505
E-mail : phan@ssl.berkeley.edu

Dr Philippe Escoubet, Responsable scientifique de la mission Cluster, ESA
Tél : +31 71 565 3454
E-Mail : Philippe.Escoubet@esa.int

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