Mauvais temps en héliosphère

2012/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les satellites de télévision canadiens Ani E1 et Ani E2 ont échoué en 1994 en raison de l'activité solaire. Ils étaient géostationnaires - d'orbite très haute - et le fort vent solaire du 20 janvier a beaucoup affecté l'électronique des satellites. Le signal du satellite E1 a eu une interruption de sept heures. Et une heure après avoir récupéré le signal, un gyroscope E2 a été endommagé, dont la fonction était de stabiliser l'orientation du satellite et la panne a provoqué la perte d'orientation du satellite.

Pendant cinq mois, le satellite n'a pas pu rester sur Terre et a dû faire passer tout le signal par le satellite E1. Les techniciens de télévision ont dû adapter les antennes des Canadiens pour recevoir le signal depuis le satellite E1 et ont passé des mois jusqu'à ce qu'une fois l'E2 réparé, ils puissent revenir à leur état initial.

Les dommages causés par le vent solaire peut être encore plus grande que la perte du signal du téléviseur. Les tempêtes solaires ont provoqué des pannes, par exemple, le 5 Mars de cette année a eu lieu une grande éruption de type X dans le soleil, le plus fort de tous les types, et l'interruption de la communication par ondes radio en Australie, en Chine et en Inde.

En ce qui concerne les satellites, se distingue le service GPS. Leurs satellites ne sont pas géostationnaires, mais en orbite haute, et ils sont constamment attaqués par le temps de l'espace. Selon les experts, pendant une tempête magnétique, le système GPS peut avoir une incidence de 100 mètres sur le positionnement. Le changement de 100 mètres est trop grand pour des activités qui dépendent de la précision du GPS : navigation, maintenance ponctuelle de plateformes pétrolières marines, topographie, architecture, etc.

Temps de l'espace

La plus grande tempête solaire enregistrée dans l'histoire fut la tempête de Carrington en 1859. Les aurores boréales provoquées par la tempête ont également été vues dans les Caraïbes. À cette époque, il n'y avait pas de satellites, mais il a coupé le signal du télégraphe en Europe et en Amérique du Nord. Aujourd'hui, cependant, une telle tempête serait un désastre technologique.

Pour minimiser les pertes, la première étape serait de prévoir la tempête. Comme dans la météorologie, des services de prédiction permanents seraient nécessaires.

Il y a des prédictions, mais elles sont limitées. Aujourd'hui, l'observation la plus exigeante du vent solaire se fait dans les ceintures de Van Hallen, deux zones orbitaires autour de la Terre, où se trouvent la plupart des satellites. Mais pas tous : de nombreux satellites en orbite haute, tous les géostationnaires et autres comme ceux du système GPS, sont hors des ceintures de Van Hall, plus éloignés de la Terre. Ces orbites lointaines présentent un risque accru et la capacité prédictive actuelle est insuffisante. C'est pourquoi des projets d'amélioration de la prédiction ont été lancés, comme le projet Spacecast de l'Union européenne.

Aurore boréale. 10 février 2011. Ed. Quicheisinsane/CC BY-NC-ND

Tempête de deux saisons

Les données des missions au soleil servent également à faire des prédictions, car la tempête magnétique vient en deux saisons. Une éruption, en plus d'émettre des particules chargées, émet un rayonnement. Les deux ont une vitesse très différente. En route vers la terre, les particules passent deux ou trois jours de voyage. (Dans la tempête de Carrington sont arrivés dix-sept heures). Le rayonnement ne prend que huit minutes, car il se déplace à la vitesse de la lumière.

C'est pourquoi, tout d'abord, l'influence du rayonnement est appréciée. Inopinément et sans que personne ne se rende compte, l'électronique des satellites subit l'attaque. Le champ magnétique de la Terre dévie le rayonnement vers les pôles, mais seulement dans une certaine mesure; orages magnétiques très forts éloignés également des pôles sont remarquables. Comme le 5 mars. Soudain, les radiocommunications ont été interrompues en Asie et en Océanie.

Puis, environ deux heures plus tard, les particules chargées les plus rapides commencent à atteindre la Terre, celles qui sont les plus rapides. Ils sont peu nombreux, mais c'est le début de la deuxième saison. De là, le flux de particules n'est pas interrompu et, en deux ou trois jours, la plupart des particules chargées arrivent. Cette différence entre le rayonnement et les vitesses des particules permet de prédire la deuxième vague de tempête. La première saison apporte l'annonce de la deuxième. Ainsi ils apprirent que le 7 mars le vent solaire allait être très fort. Cependant, la précision de cette annonce n'est pas élevée.

Lire les neutrons

La façon d'affiner les systèmes de prédiction est généralement de regarder en arrière dans le temps, ce qui a fait une équipe de détecteurs de neutrons de l'Université du Delaware. On prend les données des tempêtes passées et on analyse si le système est capable de calculer son effet. L'Antarctique est un bon endroit parce que le champ magnétique de la Terre dévie la plupart des particules vers les pôles et il est très difficile de maintenir un détecteur de neutrons dans le pôle Nord, où il n'y a pas de terre. Et la détection de neutrons est également due à ce que sont des indicateurs de vent solaire. Ce ne sont pas des particules chargées, pas de neutrons dans le vent solaire. Mais les protons et les électrons du vent solaire heurtent les atomes de la partie supérieure de l'atmosphère, et oui, ils libèrent des neutrons.

Le système de physiciens de l'Université du Delaware analyse les premières particules qui arrivent sur Terre, le début de la deuxième vague, et calcule quand et avec quelle force la plupart des particules de la saison arriveront. Pour le moment, les résultats ont été satisfaisants, mais ne sont qu'au début de la recherche.

William Dean Pesnell: "La plus grande difficulté de la mission SDO est de maintenir le flux de données correctement"

Pour prédire quand le vent solaire se transformera en tempête il est très important d'observer constamment l'étoile et d'obtenir des données de son activité. Une des missions de ce travail est celle du satellite SDO, l'observatoire Solar Dynamics Observatory géré par la NASA. Le responsable scientifique de la mission est William Dean Pesnell, qui a parlé pour la revue Elhuyar sur le SDO et son travail:

"Je travaille au Goddard Space Flight de la NASA avec des scientifiques et des ingénieurs pour maintenir l'observatoire SDO en marche, surveiller la transmission de données scientifiques pour les bases de données et travailler avec des données indiquant la santé du vaisseau spatial et ses outils. Notre équipe est à différents endroits: Goddard, l'Université du Colorado, l'Université de Stanford et la société Lockheed Martin. Cela signifie que je dois lire et écrire beaucoup de messages parce que chacun travaille sur notre horaire.

William Dean Pesnell est physicien de la NASA et responsable scientifique de l'observatoire SDO. Ed. NASA ©

Comme le SDO dispose d'une orbite géostationnaire, une seule station est suffisante pour la collecte continue de toutes les données. Cette station est située au sud du Nouveau-Mexique. Nous recueillons les données du SDO et les distribuons à des groupes de scientifiques. Si l'emballage avait un autre type d'orbite, il devrait conserver les données jusqu'à leur transmission à l'étape suivante sur le centre.

La plus grande difficulté de la mission est de maintenir le flux de données correctement. Jusqu'à présent, tous les problèmes sont apparus au sol : des pannes, des coupures de câbles et le temps a coupé les données. Mais en dépit d'avoir été, nous avons obtenu que 99,97% des données envoyées par le vaisseau spatial soient recueillies et stockées.

Un appareil appelé EVE ( Extreme ultraviolet Variability Experimental ) mesure une petite partie de l'énergie solaire, c'est-à-dire du rayonnement de longueur d'onde inférieure à 100 nm. Elle est appelée irradiance spectrale. Ces longueurs d'onde varient avec l'activité du Soleil, surtout en éruptions solaires, et nous devons les mesurer dans l'espace parce qu'elles sont absorbées par l'atmosphère terrestre.

Cycles 23 et 24 de l'activité solaire. Les cycles sont comptés depuis 1755 et nous sommes actuellement au 24. L'image représente le cycle 23 complet avec les données du cycle actuel et l'évolution attendue. Ed. NASA/msfc ©

L'activité solaire a un cycle de 11 ans et l'irradiation varie d'environ 0,1%. La variation est vraiment très petite, mais dans certaines longueurs d'onde la variation est très grande: Ils sont 1000 fois plus grands en éruptions. Par conséquent, la variation de toute irradiation est petite, mais l'incidence d'une partie est très élevée. Les astronomes savent que le soleil ne devrait pas changer ainsi. Mais cela change, ce qui nous donne une idée de ce que suppose un cycle de 11 ans.

Il provient de la zone de convection, d'une partie interne du Soleil, où la chaleur se déplace parce que les bulles formées par un matériau chaud en dessous montent. Et le cycle apparaît parce que le mouvement du matériau génère un champ magnétique ; le soleil est une dynamo. Ces mouvements sont très complexes, de sorte que le cycle n'est pas entièrement régulier. Le cycle minimum de "11 ans" peut être de 9 ans et le maximum de 14 ans.

Le SDO reste trois ans pour répondre à nos questions de recherche : ce que provoque le champ magnétique du Soleil, comment il est détruit et si on peut prédire les caractéristiques du champ ».

Cadeau final, parfois vert

Jules Verne a rendu célèbre le rayon vert avec un roman. Si le ciel est très propre, on le voit parfois au coucher du soleil depuis le niveau de la mer : le dernier rayon de soleil est vert. Dans les meilleures conditions, les deux dernières secondes environ. Une légende dit que deux personnes qui voient le rayon vert tombent amoureux ensemble, et Verne a abordé cette légende pour écrire le roman. Et pour la légende et la renommée du roman, il a souvent été mis en doute que le rayon vert n'est qu'une invention.

Ed. Inaglory/CC BY-SA de Brock

Mais le rayon vert n'est pas une invention. C'est un véritable phénomène optique. L'explication physique n'est pas complexe ; quand la lumière arrive avec un petit angle, l'atmosphère agit comme un prisme, c'est-à-dire qu'elle réfracte les couleurs de la lumière dans différentes directions. Et dans certaines conditions cet effet est vu. Au crépuscule ou à l'aube. Le spectateur reçoit les rayons verts.

De temps en temps, la réfraction est aussi grande que pour voir aussi les rayons bleus. Il est très difficile de voir le soleil bleu à l'œil nu. Le vert est également difficile à voir, la preuve en est qu'il ya peu de photos de rayon vert par rapport à celles du coucher du soleil. Le rayon vert est plus facile à voir dans les tropiques, mais lorsque les conditions sont appropriées, il peut également être vu à de plus grandes latitudes.