La Dynamique de la Magnétosphère

Les Sous-Orages Magnétiques

Le sous orage magnétique est un type de perturbation plus fréquent, et peut-être plus fondamental (sa relation avec les orages magnétiques est discutée ci-dessous). Nombre de caractéristiques des sous orages reste à expliquer, mais il est communément admis qu'ils représentent une décharge violente de l'énergie magnétique accumulée dans la queue de la magnétosphère.

Les sous orages ont été reconnus beaucoup plus tard que les orages magnétiques car leurs effet furent observés sur le sol, principalemnt dans la zone aurorale. Après l'observation d'une grande manifestation aurorale dans le Connecticut le premier juillet 1837, E.C. Herrick écrivit (italiques dans l'original):

"ll faut remarquer qu'à cette occasion il y a deux saisons bien marquées de brillance accrue ou des accés de d'intensité maximum, à des intervalles d'environ quatre heures. On trouvera à l'examen de ces faits que c'est une caractéristique commune des aurores qui ont "une brillance inhabituelle."

Comme le scientifique norvégien Kristian Birkeland l'avait observé aux alentours de 1900, ces "accès d'intensité maximum" créent aussi des perturbations au niveau du sol. Après les avoir analysées avec un réseau de 4 stations, il conclue qu'elles provenaient de fort courants électriques s'écoulant le long des arcs auroraux. Birkeland les considéra comme un nouveau phénomène qu'il dénoma "orage magnétique polaire élémentaire" et qui durait typiquement une demi heure.

En 1964 S.-I. Akasofu les appela "sous orages magnétiques," un terme introduit à l'origine par son mentor Sidney Chapman, qui voyait dans ces phénomènes les phases d'orages magnétiques.Akasofu nota qu'ils apparaissaient souvent indépendament des orages et qu'ils avaient tendance à suivre un certain schéma -- l'aurore avivée, ses arcs se déplaçaient rapidement et s'étalaient à travers le ciel (spécialement en direction des pôles) puis se dispersaient et diminuaient. La perturbation magnétique associée peut être assez grande, de 3 à 10 fois celle d'un orage magnétique, mais elle chute rapidement à l'exterieur de la zone aurorale. Cela sous entend qu'elle est produite par des courants électriques proches, comme Birkeland l'avait conclu lui aussi.

Les satellites dans l'espace détectent bien mieux les changements qu'un observateur au sol. Le nombre de particules observées du coté "nuit", au niveau de l'orbite géostationnaire et de la queue, peut centupler voire plus, ou alors les particules peuvent disparaitre entierement, ce qui suggère une remise en forme drastique des lignes de champ magnétiques. Les images des appareils photos des satellites montrent une bande d'aurore active et brillante au dessus du coté "nuit" de la calotte polaire, les satellites de basse altitude qui passent par cette bande interceptent des écoulements intenses d'électrons et les satellites dans la couche de plasma détectent des écoulements d'ions rapides et saccadés..

Tout cela suggère que les sous orages magnétiques accélérent les électrons et les ions à des énergies plus grandes. De ce fait, les sous orages ont reçu bien plus d'attention que les autres phénomènes magnétosphériques. Les scientifiques pensent que les sous orages, comme les éruptions solaires, représentent de soudaines conversion d'énergie magnétiques en énergie de particules, et en fait le nom de "éruption aurorale" fut une fois suggéré. Beaucoup croient aussi que les sous orages sont associés à des raccordements magnétiques, un processus qui fut proposé à l'origine pour les éruptions mais qui fut plus tard appliqué à la magnétopause terrestre. Beaucoup de chose restent encore incertaines, en partie parceque la plupart des données sur les sous orages dans l'espace proviennent d'engins spatiaux isolés qui ne peuvent voir la totalité de l'évènement, et d'autre part, plusieurs théories rivales existent encore sur les sous orages.

En savoir plus sur les sous orages

Les Courants Electriques de l'Espace

Ces courants représentent un nouveau type de courant dans l'espace. Les autres courants décrits jusqu'ici (le courant annulaire, le courant sur la magnétopause qui confine le champ terrestre et le courant de la couverture de plasma qui s'écoule à travers la queue), sont tous des courants "en course libre" et (en principe) ne consomme pas d'energie. Tant que le plasma est présent dans un champ magnétique convenable, les mouvements en spirale et de dérive des ions et des électrons du plasma produisent automatiquement un courant électrique.

Les courants électriques qui s'écoulent à l'intérieur et à l'extérieur de l'ionosphère ne sont pas comme les courants que l'on trouve à la maison. Ces derniers traversent les fils et les appareils grâce à une tension (une sorte de pression électrique) qui transmet de l'énergie au courant. En effet, les courants de Birkeland pouraient être ceux d'une "avenue" grâce à laquelle la magnétosphère extrait l'énergie du vent solaire. Il est temps de regarder de plus près les processus impliqués.

Les Dynamos

Dans la vie de tous les jours, un dispositif qui convertit le mouvement d'une machine en énergie électrique est souvent appelé une dynamo (un terme plutôt ancien, qui est de nos jour remplacé par alternateur). Les dynamos nécessitent généralement un circuit électrique dans lequel une partie bouge à travers un champ magnétique, tandis que l'autre partie reste au repos ou s'etend à l'extérieur du champ. Par exemple, le premier type de dynamo inventé par Faraday (dessin ci dessous), incluait dans son circuit un disque qui tournait dans un champ magnétique et un fil non tournant qui touchait le disque au niveau de son axe et de sa monture. Malheureusement, la dynamo de Faraday est plus adaptée à la production de courant intense et de faibles voltages pour lesquels peu d'applications pratiques existent.

Dynamo de Faraday.

Un "processus de dynamo" peut aussi exister lorque le circuit est formé de plasma dont une partie s'écoule à travers un champ magnétique. Par exemple, le plasma de l'ionosphère ou de la magnétosphère. En particulier, si certaines lignes de champ magnétique sont ouvertes et s'étendent dans le vent solaire, un circuit de dynamo devrait exister : il inclurait (voir dessin ci dessous) un chemin dans l'ionosphère entre deux lignes de champ ouvertes, les lignes elles même, et un chemin de fermeture dans le vent solaire. Puisque le vent solaire se déplace relativement dans l'ionosphère (ou vice versa), les conditions d'une dynamo existent et un courant devrait circuler, comme une partie du processus, le vent solaire de la portion de circuit distante est lentement ralenti et cela fourni l'énergie pour produire le courant. Une telle dynamo peut en fait expliquer au moins certains courants de Birkeland.

Dynamo impliquant des lignes ouvertes.

Au sujet des courants de l'espace

Les Orages Magnétiques

Tandis que les sous orages magnétiques sont seulement observés dans la zone aurorale, les orages magnétiques sont des phénomènes observables partout autour de la terre. Leurs perturbations magnétiques sur le sol sont plus faibles mais les courants électriques qui les produisent peuvent être plus fort (ils sont juste plus distant, dans le courant annulaire à quelques rayons terrestre de la terre). Lorsque l'orage commence, des ions "frais" en provenance de la couverture de plama arrivent dans le courant annulaire et augmentent son intensité, puis quand l'orage se calme à nouveau, la plupart des nouveaux ions sont graduellement enlevés, souvent par des collisions avec des atomes d'hydrogène dans l'atmosphère extérieure de la terre.

L'accélération de ces nouveaux ions et leur injection dans le courant annulaire est accompagné par de grands et violents sous orages. La région aurorale s'étend, permettant aux aurores d'être vues dans la direction de l'équateur à partir de leur localisation habituelle.C'est la raison pour laquelle beaucoup de gens associent les aurores aux orages magnétiques!

On ne sait pas encore pourquoi les sous orages magnétiques apparaissant dans les orages magnétiques diffèrent du type habituel, pourquoi ils injectent encore plus de plasma dans la magnétosphère interne et à une bien grande profondeur. Pour une chose, les sous orages "ordinaires" sont déclenchés par des changements relativement modérés du vent solaire ou IMF, et peuvent se produire spontanément si des conditions favorables existent. Les orages magnétiques de grande taille nécessitent toujours une forte stimulation interplanétaire -- l'arrivée d'un nuage de plasma rapide et dense, laché par une erruption solaire (le champ magnétique du nuage doit avoir une composante dirigée vers le sud), ou l'arrivée d'un courant de vent solaire rapide. Ces phénomènes sont relativement peu fréquents, appraissant peut-être une ou deux fois par mois, rien de comparable aux quatre heures d'intervalles mentionnés par Herrick dont on a parlé au dessus.

En savoir plus sur les orages magnétiques