Lorsque la foudre frappe, les électrons se déversent en masse. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder, dirigés par un étudiant de premier cycle, ont découvert un nouveau lien entre la météo sur Terre et la météo spatiale. L’équipe a utilisé des données satellitaires pour révéler que les orages sur notre planète peuvent déloger des électrons particulièrement énergétiques, ou « très chauds », de la ceinture de radiation interne, une région de l’espace enveloppée par des particules chargées qui entourent la Terre comme une chambre à air.
Les résultats de l’équipe pourraient aider les satellites et même les astronautes à éviter les radiations dangereuses dans l’espace. C’est un type d’averse dans lequel vous ne voulez pas vous retrouver, a déclaré l’auteur principal et étudiant de premier cycle, Max Feinland.
« Ces particules sont effrayantes ou ce que certains appellent des » électrons tueurs « », a déclaré Feinland, qui a obtenu son baccalauréat en sciences de l’ingénierie aérospatiale à l’Université de Boulder au printemps 2024. « Elles peuvent pénétrer dans le métal des satellites, heurter les circuits imprimés et peuvent être cancérigènes s’ils frappent une personne dans l’espace.
Le l’étude est parue le 8 octobre dans la revue Communication naturelle.
Les résultats portent sur les ceintures de radiations générées par le champ magnétique terrestre. Lauren Blum, co-auteur de l’article et professeur adjoint au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de CU Boulder, a expliqué que deux de ces régions encerclent notre planète : bien qu’elles bougent beaucoup au fil du temps, la ceinture intérieure a tendance à commencer à plus de 600 milles au-dessus de la surface. La ceinture extérieure commence à environ 12 000 milles de la Terre. Ces flotteurs de piscine dans l’espace piègent les particules chargées venant du soleil vers notre planète, formant une sorte de barrière entre l’atmosphère terrestre et le reste du système solaire.
Mais ils ne sont pas vraiment hermétiques. Les scientifiques, par exemple, savent depuis longtemps que des électrons de haute énergie peuvent tomber vers la Terre depuis la ceinture de rayonnement externe. Blum et ses collègues sont cependant les premiers à repérer une pluie similaire provenant de la ceinture intérieure.
En d’autres termes, la Terre et l’espace ne sont peut-être pas aussi séparés qu’il y paraît.
« La météo spatiale dépend vraiment à la fois du haut et du bas », a déclaré Blum.
Coup de tonnerre
C’est un témoignage de la puissance de la foudre.
Lorsqu’un éclair éclate dans le ciel de la Terre, cet éclat d’énergie peut également envoyer des ondes radio en spirale dans les profondeurs de l’espace. Si ces ondes frappent les électrons dans les ceintures de radiations, elles peuvent les bousculer, un peu comme si on secouait son parapluie pour faire tomber l’eau. Dans certains cas, une telle « précipitation d’électrons induite par la foudre » peut même influencer la chimie de l’atmosphère terrestre.
Jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient collecté que des mesures directes d’électrons de plus faible énergie, ou « plus froids », tombant de la ceinture de radiation interne.
« En général, on pense que la ceinture intérieure est plutôt ennuyeuse », a déclaré Blum. « C’est stable. C’est toujours là. »
La nouvelle découverte de son équipe est arrivée presque par hasard. Feinland analysait les données du satellite SAMPEX (Explorateur de particules solaires, anormales et magnétosphériques) de la NASA, désormais mis hors service, lorsqu’il a vu quelque chose d’étrange : des amas de ce qui semblait être des électrons de haute énergie se déplaçant à travers la ceinture interne.
« J’ai montré à Lauren certains de mes événements et elle m’a dit : ‘Ce n’est pas là qu’ils sont censés se dérouler' », a déclaré Feinland. « Certaines publications suggèrent qu’il n’y a aucun électron de haute énergie dans la ceinture interne. »
L’équipe a décidé de creuser plus profondément.
Au total, Feinland a dénombré 45 poussées d’électrons de haute énergie dans la ceinture interne entre 1996 et 2006. Il a comparé ces événements aux enregistrements de coups de foudre en Amérique du Nord. Effectivement, certains pics d’électrons semblaient se produire moins d’une seconde après que la foudre ait frappé le sol.
Flipper électronique
Voici ce que l’équipe pense qu’il se passe : à la suite d’un éclair, des ondes radio provenant de la Terre déclenchent une sorte de jeu de flipper maniaque dans l’espace. Ils frappent des électrons dans la ceinture interne, qui commencent alors à rebondir entre les hémisphères nord et sud de la Terre, faisant un aller-retour en seulement 0,2 seconde.
Et chaque fois que les électrons rebondissent, certains d’entre eux sortent de la ceinture et pénètrent dans notre atmosphère.
« Vous avez une grosse goutte d’électrons qui rebondit, puis revient et rebondit à nouveau », a déclaré Blum. « Vous verrez ce signal initial, et il disparaîtra. »
Blum ne sait pas exactement à quelle fréquence de tels événements se produisent. Ils peuvent se produire principalement pendant les périodes de forte activité solaire, lorsque le soleil crache beaucoup d’électrons de haute énergie, stockant ainsi la ceinture interne de ces particules.
Les chercheurs souhaitent mieux comprendre ces événements afin de pouvoir prédire quand ils pourraient se produire, contribuant ainsi potentiellement à assurer la sécurité des personnes et des appareils électroniques en orbite.
Feinland, pour sa part, est reconnaissant d’avoir la chance d’étudier ces magnifiques tempêtes.
« Je n’avais même pas réalisé à quel point j’aimais la recherche avant de me lancer dans ce projet », a-t-il déclaré.
Parmi les autres co-auteurs de la nouvelle étude figuraient Robert Marshall, professeur agrégé au département Ann et HJ Smead des sciences de l’ingénierie aérospatiale de CU Boulder, Longzhi Gan de l’Université de Boston, Mykhaylo Shumko du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins et Mark Looper de The Société aérospatiale.
Plus d’informations :
Max Feinland et al, Précipitation d’électrons relativistes induite par la foudre depuis la ceinture de rayonnement interne, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-53036-4