Des processus énergétiques dévoilés grâce aux aurores

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Une étude approfondie des aurores a révélé de nouvelles façons de comprendre la physique des rejets d’énergie explosive dans l’espace, selon de nouvelles recherches menées par l’UCL.

Comprendre les rejets d’énergie par les aurores

Les aurores sont un spectacle de lumière incroyable beau causé par des particules chargées électriquement dans l’espace proche de la Terre qui descendent en spirale le long du champ magnétique de la Terre et entrent en collision avec des gaz dans l’atmosphère, les faisant briller.

Ils sont aussi un indicateur des processus physiques dans l’espace, agissant comme des écrans de télévision en montrant ce qui se passe à des millions de kilomètres de la Terre où le champ magnétique de notre planète s’étend dans une longue queue face au soleil.

Pour cette étude, publiée aujourd’hui dans Nature Communications, l’équipe de l’UCL et de l’Université de Reading a observé à distance l’évolution rapide des aurores afin de comprendre la physique sous-jacente à ce phénomène, et pourquoi et comment l’énergie est libérée comme source de reconfiguration explosive des aurores.

Une libération d’énergie qui provoque des sous-orages

« Quelque part dans l’espace la magnétosphère terrestre s’étend sur de très longues distances, cette libération d’énergie se produit via une instabilité qui est vraiment difficile à cerner. Ils provoquent des sous-orages – qui sont des phénomènes durant lesquels la magnétosphère subit des transformations – sur lesquels des particules chargées surfent dans l’atmosphère terrestre sur des ondes électromagnétiques, libérant de grandes quantités d’énergie et illuminant les aurores”, a expliqué l’auteur de l’étude, le Dr Jonathan Rae, de l’UCL Space & Climate Physics.

« En étudiant les aurores de près, nous pouvons cartographier l’endroit où se produisent les instabilités dans l’espace et étudier la physique qui les provoque. Cette façon est beaucoup plus efficace que de tenter d’observer de vastes zones de l’espace.”

L’équipe a scanné une grande partie du ciel et a trouvé le parfait sous-orage situé au-dessus de Poker Flats en Alaska le 18 septembre 2012. En utilisant de nouvelles données de la caméra MOOSE (Multi-spectral Observatory Of Sensitive EM-CCDs), ils ont suivi l’aurore se déplaçant vers le pôle Nord sur une période de quatre minutes.

Il s’agit d’une période relativement longue pour étudier ce type d’aurore, ce qui permet aux scientifiques de recueillir une foule de données importantes. L’information a ensuite été analysée pour déceler des tendances spécifiques qui donnaient des indices physiques importants de la formation de l’aurore dans l’espace et dans le temps.

L’aurore a commencé comme une ligne de « perles aurorales » le long d’un arc qui a augmenté de façon exponentielle tant au niveau de sa luminosité que de sa taille. Ces ondulations sont une caractéristique de l’instabilité dans l’espace. En comparant ces caractéristiques de l’aurore avec l’état de la théorie de l’art – qui consiste à théoriser un phénomène sans avoir à fournir de définitions classiques – l’équipe pourrait se limiter en dessous de la zone de l’espace où l’instabilité est la plus probable.

Une nouvelle méthode pour comprendre les instabilités 

”Nous avons démontré qu’il est possible d’étudier une aurore uniquement pour découvrir où se trouvent les instabilités dans l’espace, ce qui n’a jamais été fait auparavant », a expliqué le coauteur, le Dr Colin Forsyth.

“Notre méthode nous permet de prédire ce qu’est l’instabilité et où elle se trouve dans l’espace. En fait, la région que nous avons identifiée est incroyablement petite en termes spatiaux – seulement une petite fraction du volume de la Terre – et nous espérons l’étudier plus en détail en utilisant des satellites qui traverseraient une région où se produirait une aurore.”

Jusqu’à présent, les scientifiques ont été en mesure de décrire les aurores et les événements de haute énergie qui se produisent sur le soleil et d’autres planètes du système solaire, mais c’est la première fois qu’une analyse physique réelle a été faite pour la Terre.

« Fait important, nos travaux ont permis aux scientifiques de travailler avec davantage de données physiques. Toute une gamme de modèles théoriques peuvent être testés et affinés en fonction des caractéristiques physiques que nous avons obtenues”, a ajouté le Dr Clare Watt de l’Université de Reading.

Des conclusions qui peuvent s’appliquer dans le système solaire

“Ce que nous avons rapporté a échappé aux scientifiques depuis que les aurores ont été décrites pour la première fois et bien que nous utilisions la Terre comme notre laboratoire le plus proche, les conclusions s’appliqueront à d’autres événements ailleurs dans le système solaire. Nous sommes maintenant impatients de repérer cet épicentre dans l’espace et de découvrir ce qui le rend instable”, a conclu le Dr Rae.

Source : University College London

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