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Météo spatiale, perturbations du vent solaire et sursauts radio

LES SCIENCESASTRONOMIE ET ​​SCIENCE DE L'ESPACEMétéo spatiale, perturbations du vent solaire et sursauts radio

Le vent solaire, le flux de particules chargées électriquement émanant de la couronne de la couche atmosphérique externe du Soleil, constitue une menace pour la forme de vie et la société humaine moderne basée sur la technologie électrique. Le champ magnétique terrestre offre une protection contre le vent solaire entrant en les déviant. Des événements solaires drastiques comme l'éjection massive de plasma chargé électriquement de la couronne solaire créent des perturbations dans le vent solaire. Par conséquent, l'étude des perturbations dans les conditions du vent solaire (appelée météo spatiale) est un impératif. L'éjection de masse coronale (CME), également appelée «tempête solaire» ou «tempête spatiale», est associée aux sursauts radio solaires. L'étude des sursauts radio solaires dans les observatoires radio peut donner une idée des CME et des conditions du vent solaire. La première étude statistique (publiée récemment) de 446 sursauts radio de type IV enregistrés observés au cours du dernier cycle solaire 24 (chaque cycle fait référence au changement du champ magnétique du Soleil tous les 11 ans), a révélé que la majorité des radios solaires de type IV de longue durée Les rafales étaient accompagnées d'éjection de masse coronale (CME) et de perturbations des conditions de vent solaire. 

De la même manière que la météo sur Terre est affectée par les perturbations du vent, la météo spatiale est affectée par les perturbations du "vent solaire". Mais la similitude s'arrête là. Contrairement au vent sur Terre qui est composé d'air composé de gaz atmosphériques comme l'azote, l'oxygène, etc., le vent solaire est constitué d'un plasma surchauffé composé de particules chargées électriquement comme des électrons, des protons, des particules alpha (ions hélium) et des ions lourds qui émanent en continu du l'atmosphère du soleil dans toutes les directions, y compris en direction de la Terre.   

Le soleil est la source ultime d'énergie pour la vie sur Terre et est donc respecté dans de nombreuses cultures en tant que donneur de vie. Mais il y a aussi l'autre côté. Le vent solaire, le flux continu de particules chargées électriquement (à savoir le plasma) provenant de l'atmosphère solaire constitue une menace pour la vie sur Terre. Grâce au champ magnétique terrestre qui dévie la majeure partie du vent solaire ionisant (de la Terre) et à l'atmosphère terrestre qui absorbe la plupart des rayonnements restants, offrant ainsi une protection contre les rayonnements ionisants. Mais il y a plus que cela – en plus de menacer les formes de vie biologiques, le vent solaire constitue également une menace pour la société moderne axée sur l'électricité et la technologie. Les systèmes électroniques et informatiques, les réseaux électriques, les oléoducs et les gazoducs, les télécommunications, les communications radio, y compris les réseaux de téléphonie mobile, le GPS, les missions et programmes spatiaux, les communications par satellite, Internet, etc. vent solaire1. Les astronautes et les engins spatiaux sont particulièrement menacés. Il y a eu plusieurs cas de cela dans le passé, par exemple, mars 1989 'Blackout du QuébecAu Canada, en raison d'une éruption solaire massive, le réseau électrique a été gravement endommagé. Certains satellites ont également subi des dommages. Par conséquent, l'impératif de surveiller les conditions du vent solaire au voisinage de la Terre - comment ses caractéristiques comme la vitesse et la densité, champ magnétique la force et l'orientation, et les niveaux de particules énergétiques (c'est-à-dire la météo spatiale) auront un impact sur les formes de vie et la société humaine moderne.  

Comme la « prévision météorologique », la « météo spatiale » peut-elle également être prédite ? Qu'est-ce qui détermine le vent solaire et ses conditions au voisinage de la Terre ? Peut-on connaître à l'avance des changements importants de la météo spatiale pour prendre des mesures préventives afin de minimiser l'impact dommageable sur la Terre ? Et pourquoi le vent solaire se forme-t-il ?   

Le soleil est une boule de gaz chaud chargé électriquement et par conséquent, il n'a pas de surface définie. La couche de photosphère est traitée comme la surface du soleil car c'est ce que nous pouvons observer avec la lumière. Les couches sous la photosphère vers l'intérieur vers le noyau nous sont opaques. L'atmosphère solaire est constituée de couches au-dessus de la surface de la photosphère du soleil. C'est le halo gazeux transparent qui entoure le Soleil. Mieux vue de la Terre lors de l'éclipse totale de Soleil, l'atmosphère solaire comporte quatre couches : la chromosphère, la région de transition solaire, la couronne et l'héliosphère.  

Le vent solaire se forme dans la couronne, la deuxième couche (de l'extérieur) de l'atmosphère solaire. Corona est une couche de plasma très chaud. Alors que la température de la surface du Soleil est d'environ 6000K, la température moyenne de la couronne est d'environ 1 à 2 millions de K. Appelé « Coronal Heating Paradox », le mécanisme et les processus de chauffage de la couronne et de l'accélération du vent solaire à très la vitesse élevée et l'expansion dans l'espace interplanétaire ne sont pas encore bien comprises, bien que dans un article récent, les chercheurs aient cherché à résoudre ce problème au moyen des photons d'origine des axions (l'hypothétique particule élémentaire de matière noire) 3.  

Parfois, une énorme quantité de plasma chaud est éjectée de la couronne dans la couche la plus externe de l'atmosphère solaire (héliosphère). Appelées éjections de masse coronale (CME), les éjections de masse de plasma de la couronne génèrent d'importantes perturbations de la température, de la vitesse, de la densité et du champ magnétique interplanétaire du vent solaire. Ceux-ci créent de forts orages magnétiques dans le champ géomagnétique de la Terre 4. L'éruption du plasma de la couronne implique l'accélération des électrons et l'accélération des particules chargées génère des ondes radio. En conséquence, les éjections de masse coronale (CME) sont également associées à des rafales de signaux radio du Soleil 5. Par conséquent, les études de météorologie spatiale impliqueraient l'étude du moment et de l'intensité des éjections massives de plasma de la couronne en conjonction avec les sursauts solaires associés, qui sont des sursauts radio de type IV d'une durée prolongée (supérieure à 10 minutes).    

L'occurrence de sursauts radio dans les premiers cycles solaires (le cycle périodique du champ magnétique du Soleil tous les 11 ans) en relation avec les éjections de masse coronale (CME) a ​​été étudiée dans le passé.  

Une récente étude statistique à long terme menée par Anshū Kumari et al. de Université d'Helsinki sur les sursauts radio observés dans le cycle solaire 24, éclaire davantage l'association des sursauts radio de longue durée et à fréquence plus large (appelés sursauts de type IV) avec les CME. L'équipe a découvert qu'environ 81 % des sursauts de type IV étaient suivis d'éjections de masse coronale (CME). Environ 19 % des sursauts de type IV n'étaient pas accompagnés d'EMC. De plus, seulement 2.2 % des CME sont accompagnés de sursauts radio de type IV 6.  

Comprendre le timing des sursauts de longue durée de type IV et des CME de manière progressive aidera à concevoir et à programmer les programmes spatiaux en cours et futurs en conséquence, afin de réduire l'impact de ceux-ci sur ces missions et, finalement, sur les formes de vie et la civilisation sur Terre

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Références:    

  1. Blanc SM., sd. Sursauts radio solaires et météo spatiale. Université du Maryland. Disponible en ligne sur https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Consulté le 29 Jamaury 2021. 
  1. Aschwanden MJ et al 2007. Le paradoxe du chauffage coronal. The Astrophysical Journal, Volume 659, Numéro 2. DOI : https://doi.org/10.1086/513070  
  1. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Solution du problème de chauffage coronal au moyen de photons d'origine axionique. Physique de l'univers sombre Volume 31, janvier 2021, 100746. DOI : https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  
  1. Verma PL., et al 2014. Éjections de masse coronale et perturbations dans les paramètres du plasma du vent solaire en relation avec les tempêtes géomagnétiques. Journal of Physics : Conference Series 511 (2014) 012060. DOI : https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   
  1. Gopalswamy N., 2011. Éjections de masse coronale et émissions radio solaires. Centre de données CDAW NASA. Disponible en ligne sur https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Consulté le 29 janvier 2021.  
  1. Kumari A., Morosan DE. et Kilpua EKJ., 2021. Sur l'occurrence des rafales radio solaires de type IV dans le cycle solaire 24 et leur association avec les éjections de masse coronale. Publié le 11 janvier 2021. The Astrophysical Journal, Volume 906, Numéro 2. DOI : https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Rédacteur en chef, Scientific European

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