Pendant les années 1950 et juste avant le début de la grande «course à l'espace», des scientifiques comme Kristian Birkeland, Carl Stormer et Nicholas Christofilos avaient prêté une attention particulière à une théorie - celle qui impliquait des particules piégées et chargées dans un anneau autour de la Terre. Ce beignet de plasma maintenu en place par le champ magnétique de notre planète a ensuite été confirmé par les trois premières missions Explorer sous la direction du Dr James Van Allen. Alimentée peut-être par des vents solaires ou des rayons cosmiques, la connaissance de leur existence était l'étoffe des cauchemars pour un public en uniforme. Bien que le «rayonnement» puisse affecter les objets qui le traversent, il n’atteint pas la Terre, et cette prise de conscience a rapidement fait mourir les peurs. Cependant, il existe encore de nombreuses questions sans réponse sur les ceintures de radiation Van Allen qui mystifient la science moderne.
Au fil des ans, nous avons appris que ces zones de rayonnement sont composées d’électrons et de particules chargées d’énergie. Nous avons documenté le fait qu’ils peuvent à la fois rétrécir et gonfler en fonction de la quantité d’énergie solaire qu’ils reçoivent, mais ce que les chercheurs n’ont pas été en mesure de déterminer exactement ce qui cause ces réponses. Les particules arrivent et les particules s'en vont - mais il n'y a pas de réponse solide sans preuves. Une question pertinente a été de déterminer si les particules s'échappent dans l'espace interplanétaire lorsque les ceintures rétrécissent - ou tombent-elles sur Terre? Jusqu'à présent, c'était une énigme, mais une nouvelle étude utilisant plusieurs vaisseaux spatiaux en même temps a été de tracer les particules et de suivre la trace.
«Pendant longtemps, on pensait que les particules précipiteraient vers le bas des ceintures», explique Drew Turner, scientifique à l'Université de Californie à Los Angeles et premier auteur d'un article sur ces résultats paru en ligne dans Nature Physics en janvier. 29, 2012. «Mais plus récemment, les chercheurs ont émis l'hypothèse que peut-être les particules pourraient balayer vers l'extérieur. Nos résultats pour cet événement sont clairs: nous n'avons constaté aucune augmentation des précipitations à la baisse. »
D'octobre à décembre 2003, les ceintures de rayonnement ont gonflé et rétréci en réponse aux tempêtes géomagnétiques lorsque des particules sont entrées et se sont échappées des ceintures. Crédit: NASA / Goddard Scientific Visualization Studio
Ce n'est pas seulement une réponse simple à une question simple, cependant. Comprendre le mouvement des particules peut jouer un rôle essentiel dans la protection de nos systèmes satellites lorsqu'ils traversent les ceintures de Van Allen - et ses extensions de rayonnement de grande envergure. Comme nous le savons, le Soleil produit de grandes quantités de particules chargées dans les vents stellaires et - parfois - peut exploser dans notre direction pendant les éjections de masse coronale (CME) ou les fronts de choc causés par des vents solaires rapides dépassant des vents plus lents appelés régions d'interaction co-rotatives -CIRs). Lorsqu'ils sont dirigés vers nous, ils perturbent la magnétosphère terrestre lors d'un événement connu sous le nom de tempête géomagnétique. Pendant une «tempête», les particules de la ceinture de rayonnement sont connues pour diminuer et vider la ceinture en quelques heures… un épuisement qui peut durer des jours. Bien que cela soit documenté, nous ne connaissons tout simplement pas la cause, encore moins ce qui fait que les particules partent!
Pour avoir une meilleure prise sur ce qui se passe, plusieurs vaisseaux spatiaux doivent mesurer les changements en plusieurs points en même temps. Cela permet aux scientifiques de déterminer si une action qui se produit à un endroit affecte un autre ailleurs. Alors que nous attendons avec impatience les résultats de la mission Radiation Belt Storm Probes (RBSP), il n'est pas prévu de le lancer avant août 2012. Dans l'intervalle, les chercheurs ont combiné les données de deux vaisseaux spatiaux largement séparés pour obtenir une détermination précoce de ce qui se passe pendant une événement de perte.
«Nous entrons dans une ère où les engins spatiaux multiples sont essentiels», explique Vassilis Angelopoulos, scientifique spatial à l'UCLA, et chercheur principal de THEMIS et co-auteur du document. "Être en mesure de réunir une flotte de ressources disponibles en une seule étude devient de plus en plus une nécessité pour franchir un cap dans notre compréhension de l'environnement de la Terre."
D'où proviennent ces premières informations d'assistance? Heureusement, l'équipe a pu observer une petite tempête géomagnétique survenue le 6 janvier 2011. En engageant les trois vaisseaux spatiaux THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) de la NASA, deux GOES (Geostationary Operational Environment Satellite), exploités par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), et six POES (Polar Operational Environmental Satellite), gérés conjointement par la NOAA, et l’Organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques (EUMETSAT), ils ont pu attraper des électrons se rapprochant de la vitesse de la lumière alors qu'ils tombaient de la ceinture pendant plus de six heures. En orbite autour des zones équatoriales de la Terre, les vaisseaux spatiaux THEMIS et GOES ne font que faire partie de l'équipe. Le vaisseau spatial POES passe à travers les ceintures de rayonnement plusieurs fois par jour pendant sa croisière à une altitude plus basse et près des pôles. En combinant les données, les scientifiques ont pu prendre plusieurs points d'observation et ont prouvé - sans aucun doute - que les particules ont quitté la ceinture par voie spatiale et ne sont pas retournées sur Terre.
«Ce fut une tempête très simple», explique Turner. "Ce n'est pas un cas extrême, donc nous pensons que c'est probablement assez typique de ce qui se passe en général et les résultats continus d'études statistiques simultanées le confirment."
Pendant ce temps, le vaisseau spatial a également observé une zone de faible densité des ceintures de Van Allen qui est apparue le long de la périphérie et s'est déplacée vers l'intérieur. Cela semblait être une indication que les particules étaient liées vers l'extérieur. S'il s'agissait d'un phénomène normal, il va de soi qu'un type d '«onde» doit aider le mouvement, permettant aux particules d'atteindre la limite d'échappement externe. Découvrir ce qui déclenche exactement ce mécanisme d'échappement sera l'un des emplois du RBSP, explique David Sibeck au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, qui est le scientifique de mission de la NASA pour le RBSP et le scientifique de projet pour THEMIS.
«Ce type de recherche est essentiel pour comprendre et éventuellement prévoir les événements dangereux dans les ceintures de rayonnement de la Terre», explique Sibeck. "C'est un excellent exemple complet de ce que nous pouvons nous attendre à voir tout au long de la prochaine mission RBSP."
Source de l'histoire originale: NASA THEMIS News Release.
