Deux scientifiques de l’Université d’Alaska à Fairbanks ont découvert un nouveau type de « sifflet », une onde électromagnétique qui transporte une quantité substantielle d’énergie de foudre vers la magnétosphère terrestre.
La recherche est publié aujourd’hui dans Progrès scientifiques.
Vikas Sonwalkar, professeur émérite, et Amani Reddy, professeure adjointe, ont découvert ce nouveau type d’onde. L’onde transporte l’énergie de la foudre, qui pénètre dans l’ionosphère à basse latitude, vers la magnétosphère. L’énergie est réfléchie vers le haut par la limite inférieure de l’ionosphère, à environ 90 kilomètres d’altitude, dans l’hémisphère opposé.
Les auteurs ont longtemps cru que l’énergie de la foudre pénétrant dans l’ionosphère à basse latitude restait piégée dans l’ionosphère et n’atteignait donc pas les ceintures de radiations. Ces ceintures sont constituées de deux couches de particules chargées entourant la planète et maintenues en place par le champ magnétique terrestre.
« En tant que société, nous dépendons de la technologie spatiale », a déclaré Sonwalkar. « Les systèmes modernes de communication et de navigation, les satellites et les engins spatiaux avec des astronautes à bord rencontrent des particules énergétiques nocives des ceintures de radiations, qui peuvent endommager les appareils électroniques et provoquer le cancer.
« Il est essentiel pour les opérations humaines dans l’espace de mieux comprendre les ceintures de radiations et la variété des ondes électromagnétiques, y compris celles provenant de la foudre terrestre, qui les impactent », a-t-il déclaré.
La découverte de Sonwalkar et Reddy est un type d’onde sifflante qu’ils appellent « sifflement à réflexion spéculaire ». Les sifflements produisent un son sifflant lorsqu’ils sont diffusés par un haut-parleur.
L’énergie de la foudre pénétrant dans l’ionosphère à des latitudes plus élevées atteint la magnétosphère sous la forme d’un type différent de sifflet appelé sifflet à réflexion magnétosphérique, qui subit une ou plusieurs réflexions dans la magnétosphère.
L’ionosphère est une couche de la haute atmosphère terrestre caractérisée par une forte concentration d’ions et d’électrons libres. Elle est ionisée par le rayonnement solaire et les rayons cosmiques, ce qui la rend conductrice et essentielle aux communications radio car elle réfléchit et modifie les ondes radio.
La magnétosphère terrestre est une région de l’espace qui entoure la planète et qui est créée par le champ magnétique terrestre. Elle constitue une barrière protectrice qui empêche la plupart des particules du vent solaire d’atteindre l’atmosphère et de nuire à la vie et à la technologie.
Les recherches de Sonwalkar et Reddy montrent que les deux types de sifflets – les sifflets à réflexion spéculaire et les sifflets à réflexion magnétosphérique – coexistent dans la magnétosphère.
Dans leur recherche, les auteurs ont utilisé les données sur les ondes plasma des sondes Van Allen de la NASA, lancées en 2012 et fonctionnant jusqu’en 2019, et les données sur la foudre du World Wide Lightning Detection Network.
Ils ont développé un modèle de propagation des ondes qui, en considérant les sifflets réfléchis de manière spéculaire, a montré le doublement de l’énergie de la foudre atteignant la magnétosphère.
L’examen des données des ondes plasma des sondes Van Allen a montré que les sifflets réfléchis de manière spéculaire sont un phénomène magnétosphérique courant.
La majorité des éclairs se produisent aux basses latitudes, qui sont des régions tropicales et subtropicales sujettes au développement d’orages.
« Cela implique que les sifflets réfléchis de manière spéculaire transportent probablement une plus grande partie de l’énergie de la foudre vers la magnétosphère par rapport à celle transportée par les sifflets réfléchis de manière magnétosphérique », a déclaré Sonwalkar.
L’impact des ondes sifflantes générées par la foudre sur la physique de la ceinture de radiation et leur utilisation dans la télédétection du plasma magnétosphérique font l’objet de recherches depuis les années 1950.
Sonwalkar et Reddy travaillent au département de génie électrique et informatique de l’UAF College of Engineering and Mines. Reddy est également affilié à l’UAF Geophysical Institute.
Les recherches de Sonwalkar et Reddy sont soutenues par des subventions de la National Science Foundation et de la NASA EPSCoR, le programme établi pour stimuler la recherche compétitive.
Plus d’informations :
Vikas S. Sonwalkar et al, Sifflet réfléchi spéculairement : un canal de basse latitude pour coupler l’énergie de la foudre à la magnétosphère, Progrès scientifiques (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2657