Beaucoup plus de personnes que d’habitude dans le monde ont récemment pu voir le aurores boréales et australes au-dessus de vous à l’œil nu. Cet événement inhabituel a été déclenché par une très forte tempête solaire, qui a affecté le mouvement du champ magnétique terrestre.
Le soleil atteint son point d’activité maximum sur un cycle de 11 ans. Cela signifie que nous pouvons nous attendre à des émissions de particules plus explosives. Dans de bonnes circonstances, c’est ce qui finit par générer les jolies aurores dans le ciel, ainsi que les tempêtes géomagnétiques qui peuvent endommager les infrastructures telles que les réseaux électriques et les satellites en orbite.
Alors, que se passe-t-il réellement à l’origine de ces phénomènes ? Les aurores boréales et australes sont généralement confinées aux latitudes très élevées et très basses. Les particules de haute énergie du soleil se dirigent vers la Terre, guidées par le champ magnétique solaire. Ils sont transférés dans le champ magnétique terrestre selon un processus appelé reconnexion.
Ces particules très rapides et chaudes parcourent ensuite les lignes du champ magnétique terrestre (la direction de la force d’un aimant) jusqu’à ce qu’elles heurtent une particule atmosphérique neutre et froide comme l’oxygène, l’hydrogène ou l’azote. À ce stade, une partie de cette énergie est perdue, ce qui réchauffe l’environnement local.
Cependant, les particules atmosphériques n’aiment pas être énergétiques, elles libèrent donc une partie de cette énergie dans le domaine de la lumière visible. Désormais, en fonction de l’élément trop chaud, vous verrez un ensemble différent de longueurs d’onde – et donc de couleurs – émises dans la gamme de lumière visible du spectre électromagnétique. C’est de là que proviennent les aurores que l’on peut observer aux hautes latitudes et, lors d’événements solaires forts, également aux basses latitudes.
Les bleus et les violets des aurores viennent de l’azote, tandis que les verts et les rouges proviennent de l’oxygène. Ce processus particulier se produit tout le temps, mais comme le champ magnétique terrestre a une forme similaire à celle d’un barre aimantéela zone qui est dynamisée par les particules entrantes se trouve à des latitudes très élevées et basses (cercle Arctique ou Antarctique en général).
Alors, que s’est-il passé pour que nous puissions voir les aurores beaucoup plus au sud dans l’hémisphère nord ?
Vous vous souvenez peut-être à l’école saupoudrer de limaille de fer sur un papier au-dessus d’un aimant pour voir comment ils s’alignent avec le champ magnétique. Vous pouvez répéter l’expérience plusieurs fois et voir la même forme à chaque fois.
Le Le champ magnétique terrestre est également constant mais peut être compressé et libéré en fonction de la force du soleil. Une façon simple d’y réfléchir est d’imaginer deux ballons à moitié gonflés pressés l’un contre l’autre.
Si vous gonflez un ballon en y ajoutant plus de gaz, la pression augmentera et repoussera le plus petit ballon. Lorsque vous libérez ce gaz supplémentaire, le plus petit ballon se détend et repousse.
Pour nous, plus cette pression est forte, plus les lignes de champ magnétique pertinentes sont rapprochées de l’équateur, ce qui signifie que les aurores sont visibles.
Tempêtes exceptionnelles
C’est également là qu’interviennent les problèmes potentiels : un champ magnétique en mouvement peut générer un courant dans tout ce qui conduit l’électricité.
Pour les infrastructures modernes, les courants les plus importants sont générés dans les lignes électriques, les voies ferrées et les canalisations souterraines. La vitesse de ce mouvement est également importante et est suivie en mesurant dans quelle mesure le champ magnétique est perturbé par rapport à la « normale ». Une de ces mesures utilisées par les chercheurs est appelée indice de temps de tempête perturbé.
Selon cette mesure, les tempêtes géomagnétiques des 10 et 11 mai ont été exceptionnellement fortes. Avec une tempête aussi violente, il existe un risque potentiel d’induction de courants électriques. Les lignes électriques sont les plus menacées, mais elles bénéficient de protections intégrées aux centrales électriques. Celles-ci sont au centre de l’attention depuis le tempête géomagnétique de 1989 qui a fait fondre un transformateur de puissance au Québec, au Canada, provoquant des heures de panne de courant.
Les pipelines métalliques qui sont les plus menacés sont ceux qui se corrodent lorsqu’un courant électrique les traverse. Il ne s’agit pas d’un effet instantané, mais d’une lente accumulation de matériaux érodés. Cela peut avoir un effet très important sur les infrastructures, mais il est très difficile à détecter.
Même si les courants au sol constituent un problème, ils le sont encore plus. défi dans l’espace. Les satellites ont une quantité limitée de mise à la terre et une surtension électrique peut détruire les instruments et les communications. Lorsqu’un satellite perd les communications de cette manière, il est qualifié de satellite zombie et est souvent complètement perdu, entraînant une perte d’investissement très importante.
Les changements dans le champ magnétique terrestre peuvent également affecter la lumière qui la traverse. Nous ne pouvons pas constater ce changement, mais la précision du système de localisation de type GPS peut être fortement affectée, car la lecture d’une position dépend du temps écoulé entre votre appareil et un satellite. L’augmentation de la densité électronique (le nombre de particules sur le chemin du signal) provoque la courbure de l’onde, ce qui signifie qu’elle met plus de temps à atteindre votre appareil.
Les mêmes changements peuvent également affecter le vitesse de bande passante de l’Internet par satellite et les ceintures de radiations de la planète. Il s’agit d’un tore de particules chargées hautement énergétiques, principalement des électrons, situées à environ 13 000 km de la surface. Une tempête géomagnétique peut pousse ces particules dans la basse atmosphère. Ici, les particules peuvent interférer avec radio haute fréquence (HF) utilisée par les avions et affectent les concentrations d’ozone.
Les aurores ne se limitent pas à la Terre : de nombreuses planètes en possèdent et elles peuvent nous en dire beaucoup sur les champs magnétiques qui existent sur ces objets célestes. Un appareil particulier utilisé pour simuler les aurores est une « planeterella », développée pour la première fois au début des années 1900 par un scientifique norvégien. Kristian Birkeland.
Une sphère magnétique (représentant la Terre) est placée dans une chambre à vide et le vent solaire est simulé en tirant des électrons sur la sphère. Nous disposons de deux de ces instruments au Royaume-Uni dans les universités et ici, à l’Université de Nottingham Trent, j’ai récemment aidé un étudiant à construire un version budgétaire en tant que projet de Master.
En modifiant l’intensité du champ magnétique et la distance entre les objets, vous pouvez observer l’évolution des aurores. L’émission est principalement violette, comme on peut s’y attendre dans une atmosphère à 72 % d’azote. Un anneau d’émission puissant apparaît autour du sommet, là où l’aurore serait visible sur Terre, et cet anneau monte et descend en latitude en fonction de l’intensité du champ magnétique.
En tant qu’événement naturel, les aurores sont une merveille. Mais ce qui est encore mieux, c’est qu’à chaque forte tempête géomagnétique, nous apportons des améliorations qui contribuent à nous protéger contre les dommages potentiels causés par des événements futurs.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.