Des milliers de kilomètres au-dessus de la Terre, les règles de la météo spatiale. C'est un endroit apparemment vide et solitaire - un endroit où un mystère appelé "plasma froid" a été trouvé en abondance et pourrait bien avoir des implications sur notre connexion au Soleil. Bien qu'il soit resté pratiquement caché, des chercheurs suédois ont créé une nouvelle méthode pour mesurer ces ions froids et chargés. Avec plus de preuves qu’une fois, ces nouvelles découvertes pourraient très bien nous donner des indices sur ce qui se passe autour d’autres planètes et de leurs satellites naturels.
"Plus vous cherchez d'ions à faible énergie, plus vous en trouvez", a déclaré Mats Andre, professeur de physique spatiale à l'Institut suédois de physique spatiale à Uppsala, en Suède, et chef de l'équipe de recherche dont les résultats ont été acceptés pour publication dans Geophysical Research Letters, une revue de l'American Geophysical Union. "Nous ne savions pas combien il en restait. C'est plus que je ne le pensais. "
D'où vient cette énigme? Les ions de faible énergie commencent dans la partie supérieure de notre atmosphère appelée ionosphère. Ici, l'énergie solaire peut retirer les électrons des molécules, laissant des atomes tels que l'oxygène et l'hydrogène avec une charge positive. Cependant, trouver physiquement ces ions a été problématique. Alors que les chercheurs savaient qu'ils existaient à des altitudes d'environ 100 kilomètres (60 miles), André et son collègue Chris Cully ont placé leurs sites plus haut - entre 20 000 et 100 000 km (12 400 à 60 000 mi). Au bord, la quantité d'ions froids varie entre 50 et 70%… constituant l'essentiel de la masse de l'espace.
Cependant, ce n'est pas le seul endroit où le plasma froid a été trouvé. Selon les données et calculs des satellites de recherche, certaines zones de haute altitude abritent en permanence des ions de faible énergie. Aussi farfelue que cela puisse paraître, l'équipe les a également détectés à des altitudes de 100 000 km! Selon Andre, découvrir autant d'ions relativement froids dans ces régions est surprenant car il y a tellement d'énergie qui frappe les hautes altitudes de la Terre à cause du vent solaire - un plasma chaud environ 1000 fois plus chaud que ce qu'André considère froid. À quel point froid? «Les ions de faible énergie ont une énergie qui correspondrait à environ 500 000 degrés Celsius (environ un million de degrés Fahrenheit) à des densités de gaz typiques de la Terre. Mais parce que la densité des ions dans l'espace est si faible, les satellites et les engins spatiaux peuvent orbiter sans éclater. »
Identifier ces ions de faible énergie et mesurer la quantité de matière quittant notre atmosphère a été une tâche difficile. L'atelier d'André est un satellite et l'un des quatre vaisseaux spatiaux CLUSTER de l'Agence spatiale européenne. Il abrite un détecteur créé à partir d'un fil fin qui mesure le champ électronique entre eux pendant la rotation du satellite. Cependant, lorsque les données ont été collectées, les chercheurs ont trouvé une paire de mystères - de forts champs électriques dans des zones inattendues de l'espace et des champs électriques qui ne fluctuaient pas de manière uniforme.
"Pour un scientifique, cela avait l'air plutôt moche", a déclaré Andre. «Nous avons essayé de comprendre ce qui n'allait pas avec l'instrument. Ensuite, nous avons réalisé qu'il n'y avait rien de mal avec l'instrument. » Ce qu'ils ont trouvé leur a ouvert les yeux. Le plasma froid modifiait la disposition des champs électriques entourant le satellite. Cela leur a fait réaliser qu'ils pouvaient utiliser leurs mesures sur le terrain pour valider la présence de plasma froid. «C'est une façon intelligente de transformer les limites d'un détecteur basé sur un engin spatial en actifs», a déclaré Thomas Moore, scientifique principal de projet pour la mission magnétosphérique à plusieurs échelles de la NASA au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland. Il n'était pas impliqué dans la nouvelle recherche.
Grâce à ces nouvelles techniques, la science peut mesurer et cartographier l'enveloppe du plasma froid de la Terre - et en apprendre davantage sur la façon dont le plasma chaud et le froid changent pendant les conditions météorologiques spatiales extrêmes. Cette recherche pointe également vers une meilleure compréhension des atmosphères autres que la nôtre. Actuellement, les nouvelles mesures montrent qu'environ un kilogramme (deux livres) de plasma froid s'échappe de l'atmosphère terrestre chaque seconde.En ayant une figure solide comme base de taux de perte, les scientifiques peuvent être en mesure de modéliser ce qui est devenu l'atmosphère de Mars - ou d'expliquer la atmosphère autour d'autres planètes et lunes. Il peut également aider à des prévisions météorologiques spatiales plus précises - même si cela n'influence pas directement l'environnement lui-même. C'est un acteur clé, même s'il ne cause pas lui-même les dégâts. "Vous voudrez peut-être savoir où se trouve la zone de basse pression, pour prévoir une tempête", a noté André.
Moderniser les prévisions météorologiques spatiales pour qu'elles soient similaires aux prévisions météorologiques ordinaires, «n'était même pas possible à distance si la plupart de votre plasma vous manquait», a déclaré Moore, avec la NASA. Maintenant, avec un moyen de mesurer le plasma froid, l'objectif de prévisions de haute qualité est un pas de plus. "Ce sont des choses que nous ne pouvions pas voir et que nous ne pouvions pas détecter, et puis soudain, nous pouvions les mesurer", a déclaré Moore à propos des ions de faible énergie. "Maintenant, vous pouvez réellement l'étudier et voir s'il est d'accord avec les théories."
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse de l'American Geophysical Union. Pour en savoir plus: Les ions de faible énergie: une population de particules du système solaire précédemment cachée.
