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LUMIERES dans l’ESPACE (1)

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Notre Univers toujours en évolution est en permanence parcouru par des champs ou des ondes qui nous échappent sauf quand ils sont perceptibles par nos sens et notamment par la vue. De tous temps, les phénomènes lumineux terrestres ont intrigué les hommes et ont été source de craintes et de légendes. Les éclairs et l’arc-en-ciel sont les plus importants mais les feux follets des marécages et des cimetières comme les feux St Elme sur les navires font partie de ce monde étrange. L’espace en a sa part avec les aurores polaires (part.1), mais depuis que l’homme et ses satellites le parcourent, il faut y ajouter d’autres énigmes lumineuses (part.2).

 

LES AURORES BOREALES

 

ORIGINE DU PHENOMENE

Ce sont les aurores polaires de l’hémisphère nord qui se manifestent la nuit comme des nuages ou des trainées colorés dans des tons pastel le plus souvent verts. On sait depuis longtemps que le phénomène est associé au soleil et à ses phases d’éruptions et Halley, l’astronome anglais de la comète, fut le premier à penser que le magnétisme terrestre y jouait un rôle important.
La couronne solaire est composée d’hydrogène (75%) et d’hélium (25%) ionisés à des températures extrêmes (plusieurs millions de degrés). Ces particules chargées (plasma) rayonnent et sont projetées sous forme du « vent » solaire qui atteint la Terre et les autres planètes. Chaque seconde, un million de tonnes de matière est ainsi envoyé par le soleil.
De son côté, la Terre a développé un bouclier de protection contre ces particules énergétiques ionisées (charge électrique). Elle va piéger la grande majorité des particules par son champ magnétique et les tenir à distance dans des zones appelées ceintures de Van Allen à plusieurs centaines de km de sa surface. Rappelons que tout vol prolongé d’astronaute dans ces ceintures serait mortel.
Comme les périodes de soleil calme ne sont pas permanentes, il faut bien accepter les éruptions solaires. Dans ces périodes, l’émission de particules peut être 1000 fois supérieure à la normale et les ceintures de Van Allen ne pouvant tout piéger vont « déborder » dans la haute atmosphère terrestre. Ces particules vont exciter les atomes rencontrés (oxygène, azote,) et conduire finalement à une émission lumineuse (photon) avec des couleurs variant selon l’atome. D’après les lignes de force du champ magnétique, on voit que c’est plutôt autour des pôles que les aurores se produiront.

 

LES PROGRAMMES SPATIAUX

Dès les premiers vols spatiaux (Spoutnik2 et Explorer) la ceinture de particules fut détectée et permit d’éclairer l’origine des aurores boréales. Ensuite, très régulièrement, des programmes vont venir compléter les connaissances sur le phénomène. Souvent associées à des études du soleil, les mesures sont nombreuses et en voici quelques-unes parmi les plus intéressantes.

 

Campagne ARAKS (1974-1975)

Ce programme de fusées sondes franco-soviétique qui s’est déroulé aux iles Kerguelen visait à créer une aurore boréale artificielle observable en Russie en injectant des électrons à haute altitude. Il appartient à l’histoire de l’espace à Toulouse avec le CNES et le CESR. Revivre cette page sur :http://nospremieresannees.fr/fusee_sonde_tout

Satellite POLAR Global Geospace Science (1996-2008)

Ce satellite de la NASA a été lancé de Vandenberg (Californie) sur une orbite polaire (88°) très elliptique (11.000km- 57.000km). Il était équipé pour l’étude de la magnétosphère et des aurores polaires. Il prenait des images des aurores sur plusieurs fréquences. Il étudiait le plasma solaire et son interaction avec l’ionosphère et la haute atmosphère. Prévu pour 3 ans d’exploitation, il a fonctionné 12 ans.

 

Programme CLUSTER (2000-2014)

La magnétosphère avec les lignes de force du champ magnétique terrestre devrait être comme un gros anneau autour de la Terre, mais le vent solaire la déforme selon le schéma joint. La partie face au soleil est comprimée, tandis que la partie à l’ombre s’étire comme une queue où des interactions complexes renvoient des particules très énergétiques vers les pôles et provoquent les aurores.
Le programme Cluster de l’ESA comprend 5 satellites identiques dotés de 11 instruments et placés sur une orbite polaire très excentrée (19.000km-119.000 km). Cet essaim de satellites permet de relever au même moment les champs électriques et magnétiques et de faire des mesures sur les ondes et les particules en divers points de la magnétosphère. Plusieurs fois prolongé, ce programme devrait fonctionner jusqu’en 2014.
On se souviendra que Cluster a été victime de l’échec du 1er Ariane 5 en 1996. L’ESA a tenu à refaire les satellites qui ont été lancés par 2 Soyouz améliorés en 2000. Ce n’est pas pour rien que le premier s’appelle Phénix.

 

Programme THEMIS (2007-2012…)

Après Polar, la NASA a voulu poursuivre les études sur la magnétosphère et lancer un programme complémentaire à Cluster. Le programme Thémis où participe le CNES et les laboratoires CESR et CETP comprend 5 satellites de taille moyenne (160kg) placés sur une orbite équatoriale elliptique (50.000 km - 200.000 km). Ils ont été lancés en 2007 par la fusée Delta II. L’objectif est d’étudier les champs électriques et magnétiques et surtout de rechercher dans la queue de la magnétosphère formée par le vent solaire comment se forment les aurores en observant les orages magnétiques. Des observations au sol au Canada et en Alaska complètent ces mesures.
D’autres projets de satellites existent pour compléter cette étude des aurores.(ex : le projet norvégien Norsat 1 pour 2015) et il y a une importante activité de relevés magnétiques par des stations dans les pays nordiques.

 

CONCLUSION

Les aurores boréales ont toujours impressionné les hommes et figurent dans toutes les mythologies nordiques. Tantôt elles sont synonymes de prévisions agréables, tantôt elles apportent plutôt la désolation. Même si nous les comprenons mieux, les aurores gardent aujourd’hui ces deux facettes opposées. D’un côté, le tourisme et les médias les apprécient et ne manquent pas d’en faire la publicité. Un programme norvégien Svaltrack 2 vous permet d’en suivre les prévisions sur votre i-phone et certains sites Internet vous en donnent les images en continu.
D’un autre côté, ces orages magnétiques peuvent détruire des satellites et provoquer des pannes sur des réseaux électriques dans des régions entières. Au fond, rien n’a vraiment changé ! C’est une petite revanche pour les elfes et les trolls !!

 

Textes : Jack Muller

(Photos NASA-CNES-ESA)

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/