Astronomie

À quoi ressemblerait Aurora si aucun champ magnétique n'était présent autour de la Terre ?

À quoi ressemblerait Aurora si aucun champ magnétique n'était présent autour de la Terre ?

La plus grande partie de la Terre est protégée du vent solaire par son champ magnétique. Ce champ fait apparaître les particules de vent (principalement des protons et des électrons) la beauté d'Aurora. Supposons que le champ magnétique n'était pas présent. Les particules du vent solaire frappant les parties sud et nord de notre planète se répartiraient sur toute la surface de la Terre.
A quoi ressemblerait Aurora ?
Il est certain qu'il ne tourbillonnerait pas lentement (suivant les lignes de champ magnétique qui changent lentement). Verrons-nous un ciel étincelant ? Ou quoi?


Une façon d'aborder cette question est de considérer le cas de Vénus, qui n'a pas de champ magnétique créé par la géodynamo. Malgré cela, il y a eu des observations d'émissions vertes d'atomes d'oxygène excités à la suite d'éruptions solaires, qui se traduisent par une densité électronique plus élevée dans l'ionosphère. Sans magnétosphère intrinsèque, les phénomènes magnétiques semblent être liés à Vénus agissant directement comme une obstruction au vent solaire, et ne seraient donc pas concentrés sur les régions polaires de la planète. On pourrait s'attendre à ce qu'une Terre non magnétique se comporte de la même manière.


Je cherchais sur certains sites et je suis tombé sur ceci - https://www.livescience.com/earth-magnetic-field.html

Cela indique clairement comment, si la magnétosphère entourant la Terre s'affaiblit, les aurores pourraient pénétrer dans l'atmosphère et éclairer le ciel plus près de l'équateur. Alors, j'ai aussi cherché mais, à mon grand étonnement, je n'ai trouvé aucune source qui a répondu à cette question à ma satisfaction.

Cependant, l'intuition dit que s'il n'y a pas de magnétosphère, il ne devrait pas y avoir d'aurore non plus.


À quoi ressemblait l'ancien champ magnétique de la Terre ?

De nouveaux travaux de Peter Driscoll de Carnegie suggèrent que l'ancien champ magnétique de la Terre était significativement différent du champ actuel, provenant de plusieurs pôles plutôt que des deux familiers. Il est publié dans Geophysical Research Letters.

La Terre génère un puissant champ magnétique s'étendant du noyau vers l'espace qui protège l'atmosphère et dévie les particules nocives de haute énergie du Soleil et du cosmos. Sans elle, notre planète serait bombardée par le rayonnement cosmique et la vie à la surface de la Terre pourrait ne pas exister. Le mouvement du fer liquide dans le noyau externe de la Terre entraîne un phénomène appelé géodynamo, qui crée le champ magnétique terrestre. Ce mouvement est entraîné par la perte de chaleur du noyau et la solidification du noyau interne.

Mais le noyau interne de la planète n'a pas toujours été solide. Quel effet la solidification initiale du noyau interne a-t-elle eu sur le champ magnétique ? Déterminer quand cela s'est produit et comment le champ a réagi a créé un problème particulièrement vexant et insaisissable pour ceux qui essaient de comprendre l'évolution géologique de notre planète, un problème que Driscoll a entrepris de résoudre.

Voici le problème : les scientifiques sont capables de reconstituer les enregistrements magnétiques de la planète grâce à l'analyse d'anciennes roches qui portent encore une signature de la polarité magnétique de l'ère à laquelle elles se sont formées. Cet enregistrement suggère que le champ a été actif et dipolaire - ayant deux pôles - pendant une grande partie de l'histoire de notre planète. Les archives géologiques ne montrent pas non plus beaucoup de preuves de changements majeurs dans l'intensité de l'ancien champ magnétique au cours des 4 derniers milliards d'années. Une exception critique est l'ère néoprotérozoïque, il y a 0,5 à 1 milliard d'années, où il existe des lacunes dans les enregistrements d'intensité et des directions anormales. Cette exception pourrait-elle s'expliquer par un événement majeur comme la solidification du noyau interne de la planète ?

Afin de répondre à cette question, Driscoll a modélisé l'histoire thermique de la planète remontant à 4,5 milliards d'années. Ses modèles indiquent que le noyau interne aurait dû commencer à se solidifier il y a environ 650 millions d'années. En utilisant d'autres simulations de dynamo en 3D, qui modélisent la génération de champ magnétique par des mouvements de fluides turbulents, Driscoll a examiné plus attentivement les changements attendus du champ magnétique au cours de cette période.

"Ce que j'ai trouvé était une quantité surprenante de variabilité", a déclaré Driscoll. "Ces nouveaux modèles ne supportent pas l'hypothèse d'un champ dipolaire stable à tout moment, contrairement à ce que nous pensions auparavant."

Ses résultats ont montré qu'il y a environ 1 milliard d'années, la Terre aurait pu passer d'un champ d'apparence moderne, ayant un champ magnétique "fort" avec deux pôles opposés au nord et au sud de la planète, à un champ magnétique "faible" qui fluctué énormément en termes d'intensité et de direction et provenait de plusieurs pôles. Puis, peu de temps après le moment prévu de l'événement de solidification du noyau, les simulations dynamo de Driscoll prédisent que le champ magnétique terrestre est revenu à un champ "fort" à deux pôles.

"Ces découvertes pourraient offrir une explication aux fluctuations bizarres de la direction du champ magnétique observées dans les archives géologiques il y a environ 600 à 700 millions d'années", a ajouté Driscoll. "Et il y a des implications généralisées pour des changements de terrain aussi spectaculaires."

Dans l'ensemble, les résultats ont des implications majeures pour l'histoire thermique et magnétique de la Terre, en particulier en ce qui concerne la façon dont les mesures magnétiques sont utilisées pour reconstituer les mouvements continentaux et les climats anciens. La modélisation et les simulations de Driscoll devront être comparées aux futures données glanées dans des roches magnétisées de haute qualité pour évaluer la viabilité de la nouvelle hypothèse.


À quoi ressemblerait Aurora si aucun champ magnétique n'était présent autour de la Terre ? - Astronomie

Avant de pouvoir comprendre les aurores, nous avons besoin de quelques faits sur l'espace autour de notre Terre. Il y a beaucoup de choses dans cet espace que nous ne pouvons pas voir.

Une chose est l'air que nous respirons, notre atmosphère. Il s'agit en réalité d'un mélange de plusieurs gaz, principalement de l'azote et de l'oxygène, avec des traces d'hydrogène, d'hélium et de divers composés.

Un champ de terre
Une autre chose que nous ne pouvons pas voir est un champ magnétique qui entoure la Terre. Si vous avez déjà joué avec un barreau aimanté et de la limaille de fer, vous avez vu les motifs incurvés que la limaille forme dans le champ magnétique. L'image suivante montre comment le champ magnétique autour du noyau terrestre est comme le champ d'un barreau magnétique.

Particules chargées
Une troisième chose invisible dans l'espace autour de la Terre est un plasma, fait de beaucoup de particules chargées. Il y a toujours des électrons et des ions positifs dans le champ magnétique environnant. Les particules chargées dans un champ magnétique se déplacent d'une manière particulière : elles sont guidées par le champ. Les particules voyagent le long des lignes de champ magnétique comme s'il s'agissait de fils, tournant autour des lignes en une longue spirale au fur et à mesure. Les particules chargées sont les "munitions" d'une aurore.

Affichage à énergie solaire
La réponse courte à la façon dont l'aurore se produit est que des particules énergétiques chargées électriquement (principalement des électrons) accélèrent le long des lignes de champ magnétique dans la haute atmosphère, où elles entrent en collision avec des atomes de gaz, provoquant l'émission de lumière par les atomes. Mais pourquoi cela arrive-t-il ? Pour trouver la réponse, il faut regarder plus loin, vers le Soleil. Les « grandes » aurores spectaculaires de « À quoi ressemblent-elles ? » sont alimentées par ce qu'on appelle le vent solaire.

Le Soleil a également une atmosphère et un champ magnétique qui s'étendent dans l'espace. L'atmosphère du Soleil est constituée d'hydrogène, lui-même constitué de particules subatomiques : protons et électrons. Ces particules s'évaporent constamment du Soleil et s'écoulent vers l'extérieur à des vitesses très élevées. Ensemble, le champ magnétique et les particules du Soleil sont appelés « vent solaire ».

Ce vent pousse toujours sur le champ magnétique de la Terre, changeant de forme. Vous changez la forme d'une bulle de savon de la même manière lorsque vous soufflez sur sa surface. Nous appelons ce champ comprimé autour de la terre la magnétosphère. Le champ terrestre est comprimé du côté jour, là où le vent solaire le survole. Il est également étiré en une longue queue comme le sillage d'un navire, appelé magnétoqueue, et pointe à l'opposé du Soleil.

Presser le champ magnétique de la Terre prend de l'énergie, tout comme il en faut pour comprimer un ballon contenant de l'air. L'ensemble du processus n'est pas encore entièrement compris, mais l'énergie du vent solaire s'accumule constamment dans la magnétosphère, et c'est cette énergie qui alimente les aurores.

La grande poussée
Nous avons donc la magnétosphère terrestre, le vent solaire comprimant la magnétosphère et les particules chargées partout dans le champ. Les particules solaires entrent toujours dans la queue de la magnétosphère à partir du vent solaire et se dirigent vers le Soleil. De temps en temps, lorsque les conditions sont réunies, l'accumulation de pression du vent solaire crée une tension électrique entre la queue magnétique et les pôles, comme la tension entre les deux bornes d'une batterie. Il peut atteindre environ 10 000 volts !

La tension pousse les électrons (qui sont très légers) vers les pôles magnétiques, les accélérant à des vitesses élevées, un peu comme les électrons d'un tube-image TV qui accélèrent pour atteindre l'écran. Ils zooment le long des lignes de champ vers le sol au nord et au sud, jusqu'à ce qu'un grand nombre d'électrons soient poussés vers la couche supérieure de l'atmosphère, appelée ionosphère.

Dans l'ionosphère, les électrons rapides entrent en collision violemment avec les atomes de gaz. Cela donne de l'énergie aux atomes de gaz, ce qui les amène à libérer à la fois de la lumière et plus d'électrons. De cette façon, les gaz de l'ionosphère brillent et conduisent les courants électriques entrants et sortants de la région polaire. Les électrons qui reviennent n'ont pas autant d'énergie que ceux qui arrivent rapidement - cette énergie a servi à créer l'aurore !


Une Terre sans champ

Tarduno et son équipe soupçonnent que la variation du manteau sous l'Afrique du Sud aurait pu être le point de déclenchement des inversions de champ magnétique dans le passé. La bonne nouvelle est que, même si le champ s'affaiblit ou se prépare à basculer, il ne va pas disparaître, il n'y a aucune preuve que le champ magnétique ait jamais complètement disparu lors d'une inversion.

Même si le champ s'inverse, "nous aurons toujours un champ magnétique présent, ce sera juste un champ magnétique très faible", a déclaré Tarduno.

Que serait ce monde avec un champ magnétique minimal ressembler? Eh bien, votre boussole ne fonctionnerait pas, d'une part. "Cela va juste pointer vers la [région du] champ magnétique le plus élevé", a déclaré Tarduno. "Cela pourrait être très proche de vous, cela pourrait être très loin."

Les aurores boréales et méridionales seraient visibles depuis des latitudes plus basses, car ces spectacles colorés sont le résultat de l'interaction entre des particules chargées projetées du soleil dans le vent solaire et la magnétosphère terrestre. Actuellement, ces aurores apparaissent près des pôles, suivant les lignes de champ magnétique terrestre largement nord-sud, mais un champ plus faible permettrait aux particules de pénétrer dans l'atmosphère terrestre, éclairant le ciel plus près de l'équateur.

Les conditions dans l'anomalie de l'Atlantique Sud pour les satellites pourraient devenir courantes dans le monde entier, ce qui entraînerait des problèmes techniques. Les particules solaires peuvent cingler l'électronique, perturbant des bits de mémoire dans ce que l'on appelle des perturbations à événement unique, ou SEU. Lorsque les particules solaires interagissent avec la couche chargée de l'atmosphère terrestre appelée ionosphère, elles libèrent également des électrons de leurs orbites moléculaires. Ces électrons libres interfèrent alors avec la transmission des ondes radio à haute fréquence utilisées pour la communication.

Les interactions entre le vent solaire et l'atmosphère terrestre peuvent également décomposer la couche d'ozone au fil du temps, a déclaré Tarduno, ce qui augmenterait l'exposition collective aux rayons ultraviolets de l'humanité et augmenterait les risques de cancer de la peau.

"Bien que cela ne soit probablement pas totalement catastrophique pour la vie, il y aurait une dose de rayonnement beaucoup plus élevée au sol sans champ magnétique", a déclaré Martin Archer, physicien des plasmas spatiaux à l'Université Queen Mary de Londres.

Il y a peu de preuves que les variations passées du champ magnétique aient eu un impact sur la vie sur Terre. Pourtant, le champ magnétique a sans aucun doute façonné la surface de la Terre, aidant à empêcher l'atmosphère fragile de la planète d'être soufflée dans l'espace par la force implacable du vent solaire, a déclaré Archer à Live Science.

Un champ magnétique n'est pas crucial pour avoir une atmosphère &mdash Vénus n'a pas de champ magnétique et a une atmosphère massive, bien que peu accueillante, mais elle agit certainement comme une couche protectrice supplémentaire. Mars, qui possédait un champ magnétique mais l'a perdu il y a environ 4 milliards d'années, a vu son atmosphère presque entièrement détruite. Et s'il existait un moyen de donner à la lune une atmosphère semblable à la Terre, le vent solaire la réduirait à néant en un siècle à peine, a déclaré Archer.


A quoi ressemblent les aurores sur d'autres planètes ?

Au-delà de la Terre, les planètes du système solaire présentent de belles aurores rougeoyantes.

Ce concours est maintenant terminé

Publié : 28 août 2019 à 00h16

Les premiers indices sur les aurores au-delà de la Terre sont venus lorsque les vaisseaux spatiaux Pioneer et Voyager sont passés près des planètes géantes dans les années 70 et 80. Ils ont trouvé des aurores sur Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Un autre vaisseau spatial, le Pioneer Venus Orbiter, a montré que les émissions ultraviolettes émanaient du côté nuit de Vénus, couvrant parfois tout l'hémisphère.

Avec le lancement du télescope spatial Hubble en 1990, de nouvelles découvertes ont été faites.

Hubble a révélé que la lune volcanique Io de Jupiter semblait être en feu lorsque des particules énergétiques ont frappé son atmosphère.

Son frère Ganymède était encore plus intrigant. Ganymède était connu pour avoir son propre champ magnétique, mais en 1996, c'était la première lune à avoir une aurore - une lueur verte fantomatique.

Hubble a montré que les mêmes mécanismes par lesquels l'aurore a été créée sur Terre s'appliquaient également à Ganymède.

Couvrant l'étendue du spectre électromagnétique, des rayons X aux émissions radio, l'ensemble du système solaire semblait illuminé.

Mais tous ces phénomènes disparates comptaient-ils vraiment comme des aurores ?

Les instruments modernes aident à répondre à cette question.

Nous savons maintenant que des aurores apparaissent, sous une forme ou une autre, sur chaque planète majeure du système solaire (sauf Mercure) ainsi que sur certaines des lunes de Jupiter.

Les aurores de Jupiter et de Saturne sont complexes et puissantes, tandis que sur Mars et Vénus elles sont très faibles.

Contrairement à la Terre, Vénus et Mars n'ont pas de noyau fluide en fusion pour générer un champ magnétique planétaire. Sur Mars, les champs magnétiques se trouvent plutôt dans de petites zones de la croûte superficielle.

« Mars a des champs magnétiques localisés importants. Vénus n'a pas de tels champs crustaux, et aucune aurore de ce type n'y a été observée », explique le Dr François Leblanc du Centre national de la recherche scientifique.

Il dit que la présence d'aurores sur Vénus est controversée car l'intensité de l'émission est extrêmement faible.

Malgré l'absence de champ magnétique global, l'aurore sur Mars n'est pas contestée.

La sonde européenne Mars Express a été la première à découvrir des aurores martiennes en 2005. Elle a révélé qu'elles sont très différentes des aurores sur Terre.

Ici, les particules du vent solaire sont piégées et canalisées par le champ magnétique.

Sur Mars, ils s'écrasent tout simplement directement dans la haute atmosphère.

Ils ne se produisent pas aux pôles mais en plaques au-dessus de la surface correspondant aux champs magnétiques de la croûte.

Mars Express a été observé dans l'ultraviolet, mais si vous vous teniez à la surface, il est possible que vous voyiez une lueur visible, mais elle serait très faible.

C'est parce que l'atmosphère martienne est 140 fois plus mince que celle de la Terre, il y a donc moins de chance que des particules chargées heurtent les molécules atmosphériques.

« Les émissions d'aurore sur Mars sont moins brillantes et visibles que sur Terre », explique Leblanc.

Malgré ces différences, le mécanisme par lequel les aurores se produisent sur Mars est similaire à la façon dont elles se forment sur Terre.

Mais des mystères demeurent, dit Leblanc. « L'une des questions ouvertes aujourd'hui est de savoir comment cette accélération se produit-elle ? Nous ne comprenons fondamentalement pas la gamme des énergies.

Si les aurores martiennes sont faibles, alors celles de Jovienne sont vraiment spectaculaires. Si spectaculaires, en fait, qu'ils sont plusieurs fois plus gros que la Terre elle-même.

Depuis 1998, Hubble a révélé que les puissantes aurores ultraviolettes et infrarouges de Jupiter et de Saturne ressemblent à des « lassos » lumineux de lumière.

Le noyau d'hydrogène liquide et métallique de Jupiter agit comme une dynamo.

Il génère un champ magnétique 16 fois plus puissant que celui de la Terre, explique le Dr Graziella Branduardi-Raymont du Mullard Space Science Laboratory de l'University College London.

« Les aurores de Jupiter sont rendues plus puissantes par sa rotation », explique-t-elle.

Les particules de vent solaire pénétrant la magnétosphère et accélérant vers les pôles sont à l'origine des aurores sur Terre.

Sur Jupiter, la plupart de ces particules sont déjà dans la magnétosphère.

Certaines des questions entourant les aurores de Jupiter peuvent être résolues grâce au Soleil.

Jusqu'à environ 2011, le Soleil avait été exceptionnellement calme en termes d'activité comme les taches solaires et les éruptions solaires, et les aurores de Jupiter étaient donc plus faibles.

C'était un avantage pour l'équipe de Branduardi-Raymont, qui a examiné la planète à l'aide de spectres de rayons X obtenus par les observatoires à rayons X XMM-Newton et Chandra en orbite autour de la Terre.

"Le Soleil n'émettait pas autant de rayons X - quelque chose qui se présente généralement comme une dispersion dans la région équatoriale de Jupiter et n'a rien à voir avec les aurores", dit-elle.

L'équipe a vu quelque chose qui pourrait faire la lumière sur les processus auroraux de Jupiter, bien que ces résultats n'aient pas encore été publiés dans une revue scientifique.

De plus, il y a la question de savoir s'il existe une corrélation entre les aurores sur Terre et Jupiter.

En 2010, Branduardi-Raymont et ses collègues se sont mis à la recherche de cette connexion avec l'observatoire à rayons X Chandra en orbite.

Étant donné que les aurores sont causées par la compression d'une magnétosphère par le vent solaire à haute densité, ils ont surveillé le Soleil pour les éjections de masse coronale.

Cela générerait une «vague» de particules chargées qui passeraient d'abord la Terre, puis, deux semaines plus tard, arriveraient à Jupiter et commenceraient à secouer sa magnétosphère – augmentant ainsi l'activité aurorale.

Tout comme sur Jupiter, des particules sont également présentes dans la magnétosphère de Saturne.

Les découvertes de la sonde Cassini de la NASA suggèrent que les aurores de Saturne se produisent de la même manière que celles de la Terre, et qu'elles s'éclaircissent en fonction de la partie tournée vers le Soleil.

Une découverte faite à l'aide du télescope spatial Hubble a montré que le processus auroral est connecté à d'autres activités sur la planète.

On sait depuis longtemps que Saturne émet des ondes radio depuis ses régions polaires toutes les 11 heures – la durée du jour de Saturne.

Le mystère était que le moment de ces impulsions avait changé au fil des ans.

Il était hautement improbable que la vitesse de rotation de la planète ait changé, alors qu'est-ce qui les causait ?

En août 2010, le Dr Jonathan Nichols de l'Université de Leicester a lié les impulsions à une lueur ultraviolette illuminant la haute atmosphère près des pôles.

Le même processus conduisant l'aurore pourrait également créer les ondes radio.

En attendant, l'étude des aurores planétaires se poursuit.

Uranus et Neptune sont connus pour avoir des aurores bien définies lorsqu'elles sont vues dans l'ultraviolet.

Pour en savoir plus, les astronomes attendent avec impatience le lancement du télescope spatial James Webb.

Avec une zone de miroir primaire plus de 5,5 fois plus grande que celle de Hubble, il examinera une plus grande gamme de longueurs d'onde, du proche infrarouge à l'infrarouge profond, et ouvrira potentiellement une nouvelle zone de découverte aurorale en ce qui concerne Uranus et Neptune.

Cela va même assombrir l'atmosphère de Jupiter sur les images, ne laissant que les aurores.

Qu'est-ce qu'une aurore ?

Sur Terre, des aurores visibles se produisent lorsque des particules chargées du Soleil – sous la forme du vent solaire et des éjections de masse coronale – secouent le champ magnétique de la planète.

Il apparaît que pour une véritable émission aurorale, ces particules chargées doivent être accélérées dans le champ magnétique pour entrer en collision avec les molécules atmosphériques.

Sur Terre, cela se produit dans l'ionosphère, à environ 80 km au-dessus du sol.

Les molécules s'ionisent en perdant un électron. Lorsqu'ils regagnent un électron (« recombinaison »), ils émettent un photon de lumière.

La recombinaison de l'oxygène donne une lumière verte et rougeâtre, tandis que l'azote donne du bleu ou du rouge.

Le procédé est exploité pour l'éclairage artificiel par des lampadaires à vapeur de sodium et de mercure.

Cet article a été initialement publié dans le numéro de janvier 2011 de BBC Sky la nuit Magazine.


Les données de Rosetta révèlent une aurore ultraviolette invisible autour de la comète 67P

La comète 67P a sa propre aurore, mais contrairement aux aurores boréales et australes vibrantes de la Terre, la fusée aurorale de 67P scintille dans une lumière ultraviolette invisible.

Partagez ceci :

21 septembre 2020 à 11h00

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko a sa propre version des aurores boréales.

Les observations prises par le vaisseau spatial Rosetta révèlent l'aurore de la comète, qui – contrairement aux spectacles de lumière accrocheurs de la Terre – scintille dans une lumière ultraviolette invisible, rapportent des chercheurs en ligne le 21 septembre Astronomie de la nature. La comète 67P rejoint la comète C/Hyakutake 1996 B2, Mars (NS : 19/03/15), Saturne (NS : 4/6/20) et les lunes de Jupiter comme hôtes connus des aurores extraterrestres.

Les électrons du vent solaire – un flux de particules chargées provenant continuellement du soleil – interagissent avec le gaz entourant le 67P pour créer la lueur aurorale, rapportent la planétologue Marina Galand de l'Imperial College de Londres et ses collègues. Les électrons du vent solaire sont attirés vers la comète par un champ électrique entourant 67P, de la même manière que les électrons tombent en cascade dans l'atmosphère terrestre pour produire les aurores boréales et méridionales (N.D. : 25/07/14).

Les électrons frappent l'oxygène dans l'atmosphère terrestre pour peindre le ciel en rouge et vert. Mais les électrons du vent solaire heurtent les molécules d'eau dans la coma de 67P, ou linceul de gaz. Cela brise les molécules d'eau et fait briller certains des atomes d'oxygène et d'hydrogène résultants. Une interaction similaire de bris d'eau crée des aurores sur les lunes Europa et Ganymède de Jupiter (NS: 3/12/15).

Contrairement à la Terre, 67P n'a pas de champ magnétique pour diriger les électrons entrants vers les pôles et former des aurores avec des motifs distincts dans le ciel (NS : 07/02/20). Si l'aurore ultraviolette de 67P était visible, elle ressemblerait à un halo diffus autour de la comète.

De telles aurores cométaires pourraient un jour être utilisées pour sonder les variations du vent solaire, dit Galand. Cela peut conduire à de meilleures prévisions pour la météo spatiale, ce qui peut perturber les satellites et les réseaux électriques (NS : 5/7/18).

Des questions ou des commentaires sur cet article ? Écrivez-nous à [email protected]

Citations

M.Galand et al. Aurore dans l'ultraviolet lointain identifiée sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Astronomie de la nature. Publié en ligne le 21 septembre 2020. doi : 10.1038/s41550-020-1171-7.

À propos de Maria Temming

Maria Temming est la journaliste du personnel pour les sciences physiques, couvrant tout, de la chimie à l'informatique et à la cosmologie. Elle est titulaire d'un baccalauréat en physique et en anglais et d'une maîtrise en rédaction scientifique.


Si l'histoire géologique se répète, les pôles magnétiques de la Terre devraient éventuellement changer de place. C'est indéniable. Sur la base des empreintes magnétiques enfermées dans les roches anciennes, nous savons qu'au cours des 20 derniers millions d'années, le nord et le sud magnétiques ont basculé environ tous les 200 000 à 300 000 ans (ce taux n'a cependant pas été constant tout au long de la vie de la planète). Le dernier de ces renversements majeurs s'est produit il y a environ 780 000 ans, bien que les Polonais se promènent entre ces grands retournements. (De plus, le changement climatique semble déplacer les pôles géographiques de la Terre.)

LAPS DE TEMPS CONNEXE : REGARDER UNE ANNÉE TERRESTRE DEPUIS L'ESPACE

Cela signifie que nous sommes un peu en retard pour un renversement total, et certaines données suggèrent en fait qu'un renversement géomagnétique est géologiquement imminent. Mais cela ne veut pas dire qu'une volte-face polaire va se produire demain, ou même de sitôt, et nous investirions beaucoup d'argent pour que North soit encore dans l'Arctique pendant un certain temps, même si ni nous ni personne d'autre ne savons quand le prochain l'inversion totale se produira réellement.


À quoi ressemblait l'ancien champ magnétique de la Terre ?

Illustration du champ magnétique de la Terre antique par rapport au champ magnétique moderne. Crédit : Peter Driscoll

De nouveaux travaux de Peter Driscoll de Carnegie suggèrent que l'ancien champ magnétique de la Terre était significativement différent du champ actuel, provenant de plusieurs pôles plutôt que des deux familiers. Il est publié dans Lettres de recherche géophysique.

La Terre génère un puissant champ magnétique s'étendant du noyau vers l'espace qui protège l'atmosphère et dévie les particules nocives de haute énergie du Soleil et du cosmos. Sans elle, notre planète serait bombardée par le rayonnement cosmique et la vie à la surface de la Terre pourrait ne pas exister. Le mouvement du fer liquide dans le noyau externe de la Terre entraîne un phénomène appelé géodynamo, qui crée le champ magnétique terrestre. Ce mouvement est entraîné par la perte de chaleur du noyau et la solidification du noyau interne.

Mais le noyau interne de la planète n'a pas toujours été solide. Quel effet la solidification initiale du noyau interne a-t-elle eu sur le champ magnétique ? Déterminer quand cela s'est produit et comment le champ a réagi a créé un problème particulièrement vexant et insaisissable pour ceux qui essaient de comprendre l'évolution géologique de notre planète, un problème que Driscoll a entrepris de résoudre.

Voici le problème : les scientifiques sont capables de reconstituer les enregistrements magnétiques de la planète grâce à l'analyse d'anciennes roches qui portent encore une signature de la polarité magnétique de l'époque à laquelle elles se sont formées. Cet enregistrement suggère que le champ a été actif et dipolaire - ayant deux pôles - pendant une grande partie de l'histoire de notre planète. Les archives géologiques ne montrent pas non plus beaucoup de preuves de changements majeurs dans l'intensité de l'ancien champ magnétique au cours des 4 derniers milliards d'années. Une exception critique est l'ère néoprotérozoïque, il y a 0,5 à 1 milliard d'années, où des lacunes dans les enregistrements d'intensité et des directions anormales existent. Cette exception pourrait-elle s'expliquer par un événement majeur comme la solidification du noyau interne de la planète ?

Afin de répondre à cette question, Driscoll a modélisé l'histoire thermique de la planète remontant à 4,5 milliards d'années. Ses modèles indiquent que le noyau interne aurait dû commencer à se solidifier il y a environ 650 millions d'années. En utilisant d'autres simulations de dynamo en 3D, qui modélisent la génération de champ magnétique par des mouvements de fluides turbulents, Driscoll a examiné plus attentivement les changements attendus du champ magnétique au cours de cette période.

"Ce que j'ai trouvé était une quantité surprenante de variabilité", a déclaré Driscoll. "Ces nouveaux modèles ne supportent pas l'hypothèse d'un champ dipolaire stable à tout moment, contrairement à ce que nous pensions auparavant."

Ses résultats ont montré qu'il y a environ 1 milliard d'années, la Terre aurait pu passer d'un champ d'apparence moderne, ayant un champ magnétique "fort" avec deux pôles opposés au nord et au sud de la planète, à un champ magnétique "faible" qui fluctué énormément en termes d'intensité et de direction et provenait de plusieurs pôles. Puis, peu de temps après le moment prévu de l'événement de solidification du noyau, les simulations dynamo de Driscoll prédisent que le champ magnétique terrestre est revenu à un champ "fort" à deux pôles.

"Ces découvertes pourraient offrir une explication aux fluctuations bizarres de la direction du champ magnétique observées dans les archives géologiques il y a environ 600 à 700 millions d'années", a ajouté Driscoll. "Et il y a des implications généralisées pour des changements de terrain aussi spectaculaires."

Dans l'ensemble, les résultats ont des implications majeures pour l'histoire thermique et magnétique de la Terre, en particulier en ce qui concerne la façon dont les mesures magnétiques sont utilisées pour reconstituer les mouvements continentaux et les climats anciens. La modélisation et les simulations de Driscoll devront être comparées aux futures données glanées dans des roches magnétisées de haute qualité pour évaluer la viabilité de la nouvelle hypothèse.


Pourquoi y a-t-il différentes couleurs des aurores boréales ?

La couleur la plus importante des aurores est verte, libérée par des atomes d'oxygène excités entre 100 et 150 km au-dessus du sol. Nos yeux sont sensibles à cette couleur, même par faible luminosité.

Les affichages dynamiques d'ondulations et de rideaux dansants ont souvent un bord rosâtre en bas et pour les moments fugaces, la couleur peut être très importante contre le vert au-dessus.

La couleur rose de l'aurore résulte d'un mélange de lumière bleue et rouge émise par l'azote moléculaire à basse altitude.

Les caméras, sans le biais de couleur de l'œil adapté à l'obscurité, peuvent tirer une gamme extraordinaire de teintes d'un écran lumineux. Pour en savoir plus à ce sujet, lisez notre guide sur la façon de photographier l'aurore.

À haute altitude, l'oxygène atomique crée un fondu rouge foncé, presque cramoisi, du haut d'un rideau auroral aux étoiles au-dessus. Le mélange de couleurs peut également entraîner l'apparition de jaunes et de bleus avec divers degrés de clarté.

Pendant ce temps, les rideaux peuvent pendre stoïquement ou danser de manière ludique. Parfois, ils se divisent ou fusionnent en ligne avec les « feuilles » du champ magnétique terrestre.

Au cours d'une exposition intense, vous pouvez avoir de la chance et vous retrouver à regarder droit dans une couronne aurorale au zénith, donnant l'impression qu'elle vous enveloppe.


Contenu

Tous les aimants ont deux pôles, où les lignes de flux magnétique entrent et émergent. Par analogie avec le champ magnétique terrestre, on les appelle les pôles "nord" et "sud" de l'aimant. La convention dans les premières boussoles était d'appeler l'extrémité de l'aiguille pointant vers le pôle magnétique nord de la Terre le « pôle nord » (ou « pôle de recherche du nord ») et l'autre extrémité le « pôle sud » (les noms sont souvent abrégés en « N" et "S"). Parce que les pôles opposés s'attirent, cette définition signifie que le pôle magnétique nord de la Terre est en fait un pôle magnétique Sud pôle et le pôle magnétique sud de la Terre est un Nord pôle. [9] [10]

La direction des lignes de champ magnétique est définie de telle sorte que les lignes émergent du pôle nord de l'aimant et pénètrent dans le pôle sud de l'aimant.

Les premiers navigateurs, cartographes et scientifiques européens croyaient que les aiguilles des boussoles étaient attirées vers une hypothétique « île magnétique » quelque part dans l'extrême nord (voir Rupes Nigra), ou vers Polaris, l'étoile polaire. [11] L'idée que la Terre elle-même agit essentiellement comme un aimant géant a été proposée pour la première fois en 1600, par le médecin et philosophe naturel anglais William Gilbert. Il a également été le premier à définir le pôle magnétique nord comme le point où le champ magnétique terrestre pointe verticalement vers le bas. C'est la définition actuelle, même s'il faudra quelques centaines d'années avant que la nature du champ magnétique terrestre ne soit comprise avec l'exactitude et la précision modernes. [11]

Premières observations Modifier

Le premier groupe à atteindre le pôle magnétique nord était dirigé par James Clark Ross, qui le trouva au cap Adelaide sur la péninsule de Boothia le 1er juin 1831, alors qu'il participait à la deuxième expédition arctique de son oncle, Sir John Ross. Roald Amundsen a trouvé le pôle magnétique nord à un endroit légèrement différent en 1903. La troisième observation a été faite par les scientifiques du gouvernement canadien Paul Serson et Jack Clark, de l'Observatoire fédéral d'astrophysique, qui ont trouvé le pôle au lac Allen sur l'île Prince of Wales en 1947. [12]

Projet Polaris Modifier

Au début de la guerre froide, le département de la Guerre des États-Unis a reconnu la nécessité d'une étude complète de l'Arctique nord-américain et a demandé à l'armée américaine d'entreprendre cette tâche. Une mission a été confiée en 1946 au nouveau commandement aérien stratégique de l'armée de l'air pour explorer toute la région de l'océan Arctique. L'exploration a été menée par le 46e (plus tard redésigné le 72e) Escadron de reconnaissance photographique et signalé comme un Top Secret mission named Project Nanook. This project in turn was divided into many separate, but identically classified, projects, one of which was Project Polaris, which was a radar, photographic (trimetrogon, or three-angle, cameras) and visual study of the entire Canadian Archipelago. A Canadian officer observer was assigned to accompany each flight.

Frank O. Klein, the director of the project, noticed that the fluxgate compass did not behave as erratically as expected—it oscillated no more than 1 to 2 degrees over much of the region—and began to study northern terrestrial magnetism. [13] [14] With the cooperation of many of his squadron teammates in obtaining many hundreds of statistical readings, startling results were revealed: The center of the north magnetic dip pole was on Prince of Wales Island some 400 km (250 mi) NNW of the positions determined by Amundsen and Ross, and the dip pole was not a point but occupied an elliptical region with foci about 400 km (250 mi) apart on Boothia Peninsula and Bathurst Island. Klein called the two foci local poles, for their importance to navigation in emergencies when using a "homing" procedure. [ clarification needed ] About three months after Klein's findings were officially reported, a Canadian ground expedition was sent into the Archipelago to locate the position of the magnetic pole. R. Glenn Madill, Chief of Terrestrial Magnetism, Department of Mines and Resources, Canada, wrote to Lt. Klein on 21 July 1948:

… we agree on one point and that is the presence of what we can call the main magnetic pole on northwestern Prince of Wales Island. I have accepted as a purely preliminary value the position latitude 73°N and longitude 100°W. Your value of 73°15'N and 99°45’W is in excellent agreement, and I suggest that you use your value by all means.


Northern Lights: 8 Dazzling Facts About Auroras

The aurora borealis – otherwise known as the northern lights – is a vivid demonstration of the Earth's magnetic field interacting with charged particles from the sun. It's also beautiful, and worth braving a cold night out when visiting the high northern (or southern) latitudes.

Auroras are centered on the Earth's magnetic poles, visible in a roughly circular region around them. Since the magnetic and geographic poles aren't the same, sometimes the auroras are visible farther south than one might expect, while in other places it's farther north. [Aurora Photos: Northern Lights Dazzle in Night-Sky Images]

In the Northern Hemisphere, the auroral zone runs along the northern coast of Siberia, Scandinavia, Iceland, the southern tip of Greenland and northern Canada and Alaska. Auroras are visible south of the zone, but they are less likely to occur the farther away you go. The Southern Hemisphere auroral zone is mostly over Antarctica, or the Southern Ocean. To see the southern lights (or aurora australis), you have to go to Tasmania, and there are occasional sightings in southern Argentina or the Falklands – but those are rare. Here are some dazzling facts about these light shows.

1. Different ions make different colors

Aurora displays are created when protons and electrons stream out from the solar surface and slam into the Earth's magnetic field. Since the particles are charged they move in spirals along the magnetic field lines, the protons in one direction and the electrons in the other. Those particles in turn hit the atmosphere. Since they follow the magnetic field lines, most of them enter the atmospheric gases in a ring around the magnetic poles, where the magnetic field lines come together.

The air is made up largely of nitrogen and oxygen atoms, with oxygen becoming a bigger component at the altitudes auroras happen – starting about 60 miles up and going all the way up to 600 miles. When the charged particles hit them, they gain energy. Eventually they relax, giving up the energy and releasing photons of specific wavelengths. Oxygen atoms emit green and sometimes red light, while nitrogen is more orange or red.

2. They are visible from space

Satellites can take pictures of the aurora from Earth's orbit &mdash and the images they get are pretty striking. In fact, auroras are bright enough that they show up strongly on the nightside of the Earth even if one were looking at them from another planet.

The International Space Station's orbit is inclined enough that it even plows through the heavenly lights. Most of the time nobody notices, as the density of charged particles is so low. Rodney Viereck, director of the Space Weather Prediction Test Bed at the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA),said the only time it matters is during particularly intense solar storms, when radiation levels are high. At that point all the astronauts have to do is move to a more protected area of the station. (Ironically, intense solar storms can actually reduce the amount of radiation around the space station, because of the interactions of charged particles with the Earth's magnetic field). Meanwhile, ISS astronauts can snap gorgeous auroral panoramas.

3. Other planets have them

Voyagers 1 and 2 were the first probes to bring back pictures of auroras on Jupiter and Saturn, and later Uranus and Neptune. Since then, the Hubble Space Telescope has taken pictures of them as well. Auroras on either Jupiter or Saturn are much larger and more powerful than on Earth, because those planets' magnetic fields are orders of magnitude more intense.

On Uranus, auroras get weirder, because the planet's magnetic field is oriented roughly vertically, but the planet rotates on its side. That means instead of the bright rings you see on other worlds, Uranus' auroras look more like single bright spots, at least when spied by the Hubble Space Telescope in 2011. But it's not clear that's always the case, because no spacecraft has seen the planet up-close since 1986.

4. The lights can move south

Occasionally the auroras are visible farther from the poles than usual. In times of high solar activity, the southern limit for seeing auroras can go as far south as Oklahoma and Atlanta &mdash as it did in October 2011. A record was probably set at the Battle of Fredericksburg in Virginia in 1862, during the Civil War, when the northern lights appeared. Many soldiers noted it in their diaries. Viereck said it is actually harder now than a century ago to tell when auroras are very bright, because so many Americans live in cities, and the lights wash out the aurora. "You could have a major auroral storm in New York City and if you looked up you wouldn't notice," he said.

5. Divine signs?

Speaking of that Civil War aurora, a few observers took the swirling light show as a bad omen (notably Elizabeth Lyle Saxon, who wrote about the phenomenon in her 1905 book, "A Southern Woman's War Time Reminiscences"), though most people just saw it as an unusual and impressive display. In areas where the lights are rare, they were often taken as bad omens, as the ancient Greeks did. The Inuit, who see auroras more often, thought the lights were spirits playing in the sky, and some groups would tell children not to play outside at night lest the aurora disappear and take them along. Lapplanders thought the lights were the spirits of the dead. In the Southern Hemisphere, the Maori and Aboriginal people of Australia associated the southern lights with fires in the spirit world.

Oddly, the Old Norse and Icelandic literature doesn't seem to mention auroras much. The Vikings thought the displays might be fires that surrounded the edge of the world, an emanation of flame from the northern ice, or reflections from the sun as it went around the other side of the Earth. All three ideas were considered rational, non-supernatural explanations in the Medieval Period.

6. Cold fire

The northern lights look like fire, but they wouldn't feel like one. Even though the temperature of the upper atmosphere can reach thousands of degrees Fahrenheit, the heat is based on the average speed of the molecules. After all, that's what temperature is. But feeling heat is another matter – the density of the air is so low at 60 miles (96 kilometers) up that a thermometer would register temperatures far below zero where aurora displays occur.

7. Cameras see it better

Auroras are relatively dim, and the redder light is often at the limit of what human retinas can pick up. Cameras, though, are often more sensitive, and with a long-exposure setting and a clear dark sky you can pick up some spectacular shots.

8. You can't predict a show

One of the most difficult problems in solar physics is knowing the shape of a magnetic field in a coronal mass ejection (CME), which is basically a huge blob of charged particles ejected from the sun. Such CMEs have their own magnetic fields. The problem is, it is nigh impossible to tell in what direction the CME field is pointing until it hits. A hit creates either a spectacular magnetic storm and dazzling aurora with it, or a fizzle. Currently there's no way to know ahead of time.

NOAA has an online map that can tell you what auroral activity looks like on any given day, showing the extent of the "auroral oval" and where one is more likely to catch the lights.


Voir la vidéo: Mistä sähkö tulee? (Juillet 2021).