Les vagues provoquant les aurores confirmées pour la première fois

Aurora Boreal

Indéniablement, l’un des phénomènes les plus impressionnants que le ciel nous présente est la formation des aurores. Les étincelles et les couleurs rendent l’image presque irréelle si éblouissante et, pour cette raison, les zones qui les reçoivent ont de nombreuses attentes curieuses. Cependant, ce n’est pas encore un événement entièrement compris.

Pour la première fois, des physiciens ont confirmé les ondes énigmatiques à l’origine des aurores.

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Les aurores : un phénomène moins méconnu

Bien qu’il s’agisse d’un phénomène incroyable, on ne sait pas concrètement ce qui cause les aurores. Ils sont connus pour être produits par des particules de tempêtes solaires, accélérées le long des lignes de champ magnétique de la Terre jusqu’à des latitudes plus élevées, d’où elles pleuvent dans la haute atmosphère. Là, les interactions de ces particules dans l’atmosphère génèrent les images lumineuses que nous voyons dans le ciel.

Aujourd’hui, pour la première fois, des scientifiques ont confirmé et démontré le processus en accélérant des particules et en les reproduisant en laboratoire. Comme ils l’avaient pensé, les ondes électromagnétiques connues sous le nom d’Alfvén accélèrent les électrons le long des lignes de champ magnétique.

L’idée que ces ondes puissent dynamiser les électrons qui créent l’aurore remonte à plus de quatre décennies, mais c’est la première fois que nous pouvons confirmer définitivement que cela fonctionne.

Ces expériences nous permettent de faire les mesures clés qui montrent que les mesures spatiales et la théorie expliquent un moyen important de créer l’aurore.

a déclaré Craig Kletzing, physicien à l’Université de l’Iowa.

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Alfvén ondule à la base de l’étude

Les vagues d’Alfvén sont connues depuis longtemps. En fait, elles ont été décrites pour la première fois par l’ingénieur suédois qui leur donne leur nom, Hannes Alfvén, en 1942. Celles-ci, qui sont des ondes transversales dans un flux électrique qui se propagent le long des lignes du champ magnétique, sont un mécanisme important pour l’énergie transport et dynamique dans les systèmes magnétohydrodynamiques. C’est-à-dire qu’ils peuvent accélérer les particules.

Ensuite, des ondes d’Alfvén ont été observées dans les lignes de champ magnétique terrestre, des engins spatiaux observant ces ondes terrestres au-dessus des aurores. S’il est largement admis que les ondes jouent un rôle dans la formation des aurores, les physiciens admettent que déterminer leur rôle réel a été délicat.

Ainsi, une équipe de scientifiques dirigée par le physicien Jim Schroeder du Wheaton College a utilisé le Large Plasma Device (LAPD) de l’Université de Californie à Los Angeles pour examiner de plus près le phénomène.

Cette expérience difficile nécessitait une mesure de la très petite population d’électrons descendant à travers la chambre LAPD à presque la même vitesse que les ondes d’Alfvén, comptant moins d’un électron sur mille dans le plasma.

Dit Troy Carter, physicien de l’UCLA.

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Des conclusions encourageantes sur les aurores

Selon Science Alert, l’équipe a généré des ondes d’Alfvén dans le plasma du LAPD, mesurant simultanément la distribution de la vitesse des électrons, dans des conditions pertinentes pour la formation des aurores. Ils ont découvert que les ondes d’Alfvén transféraient de l’énergie aux électrons avec une résonance avec les ondes, une vitesse similaire à la vitesse de phase des ondes.

Les mesures ont révélé que cette petite population d’électrons subit une « accélération résonante » par le champ électrique de l’onde d’Alfvén, similaire à celle d’un surfeur qui attrape une vague et qui est continuellement accélérée lorsque le surfeur se déplace avec elle.

Dit le physicien Greg Howes de l’Université de l’Iowa.

Ce processus est connu sous le nom d’amortissement de Landau. C’est-à-dire que le transfert d’énergie de l’onde à la particule amortit l’onde, ce qui à son tour empêche l’apparition d’instabilité. Selon l’équipe, la marque produite par la vitesse des électrons était la signature d’amortissement bien connue de Landau, indiquant que l’accélération de la résonance s’était produite.

L’équipe a comparé leurs résultats à un modèle d’aurore et a pu démontrer que le taux d’excitation des électrons était cohérent avec l’amortissement réel de Landau.

L’accord du taux d’excitation des électrons entre l’expérience et un modèle auroral rend le dernier lien nécessaire pour montrer que nous fournissons une confirmation expérimentale directe que les ondes d’Alfvén peuvent accélérer les électrons qui précipitent dans l’ionosphère et génèrent la lueur fascinante de l’aurore.

Les physiciens responsables de la découverte ont écrit.

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