Les humains ont passé des millénaires à admirer les magnifiques aurores boréales dans le ciel nocturne. Et alors que nous restions incertains de ce qui les provoquait depuis un certain temps déjà, les physiciens ont enfin compris exactement comment le phénomène fonctionne.
Selon un nouvel article publié dans la revue scientifique Nature Communications, tout commence avec le soleil. Plus précisément, lorsque de fortes perturbations sur le soleil puis tirent sur le champ magnétique terrestre. Les perturbations violentes, comme les orages géomagnétiques massifs, ne sont pas rares et les répercussions de ces événements peuvent s’étendre au-delà du soleil dans le reste de notre système solaire. Et pour nous ici sur Terre, nous voyons généralement cela se manifester par des aurores.
Ces fortes perturbations tirent sur le champ magnétique de notre planète, comme un élastique. Au fur et à mesure que le champ recule, il y a un recul qui provoque des ondulations ondulantes – appelées vagues d’Alfvén – qui se produisent à environ 80 000 milles au-dessus du sol. Les ondes s’accélèrent à mesure qu’elles se rapprochent de la Terre, grâce à l’attraction magnétique de la planète. À l’occasion, les électrons obtiendront un ascenseur sur ces ondes d’Alfvén, atteignant des vitesses aussi rapides que 45 millions de miles par heure lorsqu’ils se déplacent dans l’espace.
George Howes, professeur agrégé de physique et d’astronomie à l’Université de l’Iowa, a déclaré: «Il a été en quelque sorte théorisé que c’est là que se produit l’échange d’énergie. Mais personne n’avait jamais proposé de démonstration définitive que les ondes d’Alfvén accélèrent réellement ces électrons dans les conditions appropriées que vous avez dans l’espace au-dessus de l’aurore."
La passion de Simon 4 Voyage/Shutterstock.com
"Pensez au surf", a déclaré Jim Schroeder, professeur adjoint de physique au Wheaton College et auteur principal de l’article, "Pour surfer, vous devez pagayer jusqu’à la bonne vitesse pour qu’une vague océanique vous prenne et vous accélère, et nous avons constaté que les électrons surfaient. S’ils se déplaçaient à la bonne vitesse par rapport à la vague, ils seraient captés et accélérés.
Lorsque ces électrons atteignent finalement la fine atmosphère supérieure de la Terre, ils entrent en collision avec les molécules d’oxygène et d’azote. Cela les envoie dans un état excité, mais lorsqu’ils se calment, ils libèrent de la lumière, c’est-à-dire une aurore.
Austin Montelius/Collège des arts libéraux et des sciences, Université de l’Iowa
"Personne n’avait jamais mesuré cela auparavant entre les électrons et les ondes d’Alfvén", a déclaré Schroeder. Les scientifiques étaient ravis de pouvoir enfin réaliser une expérience qui pourrait correctement tester leur intuition sur les ondes d’Alfvén accélérant les électrons.
Normalement, une telle expérience devrait être menée dans un environnement aussi proche que possible de la réalité ; pour des raisons évidentes, cependant, il est impossible pour les scientifiques de tester à nouveau des choses dans l’espace, de contrôler les événements solaires ou d’expliquer d’autres facteurs dans notre système solaire. Au lieu de cela, les chercheurs ont utilisé le Large Plasma Device du Basic Plasma Science Facility, situé à l’Université de Californie à Los Angeles, pour recréer l’interaction.
Les chercheurs pensent que les résultats permettront probablement de mieux comprendre comment les particules sont énergisées et comment ces événements solaires affectent la Terre et la zone qui l’entoure (y compris nos nombreux satellites).
via NPR