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Observation inédite d’un « ouragan spatial » au-dessus du pôle nord

Crédits : Qing-He Zhang & al. 2021.

Pour la première fois, des scientifiques ont mis au jour la présence d’ouragans spatiaux dans la haute atmosphère de la Terre. Une découverte fortuite qui jette un nouveau regard sur l’interaction entre le milieu spatial et les atmosphères planétaires. 

Nous sommes tous au fait de l’existence de cyclones tropicaux sur Terre. On parle plus spécifiquement d’ouragans de l’Atlantique nord au Pacifique nord-est et de typhons dans le Pacifique nord-ouest, mais ces différentes terminologies désignent toutes le même phénomène. Autrement dit, un tourbillon atmosphérique à forte symétrie puisant son énergie dans les eaux chaudes des tropiques.

Un ouragan spatial au-dessus du pôle nord

Des scientifiques de l’université de Reading (Angleterre) et de Shandong (Chine) ont désormais découvert l’existence d’une sorte d’ouragan beaucoup plus atypique. En effet, celui-ci s’est manifesté dans la haute atmosphère à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de la surface. Mesuré par des satellites en août 2014, ce n’est que très récemment que les chercheurs ont remarqué sa survenue lors d’une analyse rétrospective des données. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature communications ce 22 février.

La magnétosphère de la Terre nous protège des particules chargées du vent solaire. Crédits : NASA.

Situé au niveau du pôle nord, le tourbillon constitué de plasma – un gaz ionisé – s’étendait sur plus de 1000 kilomètres de large et présentait d’étonnants bras spiralés. À l’image de ses congénères de surface, l’ouragan a également donné lieu à de la précipitation. Mais une précipitation très particulière : une pluie d’électrons. « Jusqu’à présent, il n’était pas certain que les ouragans de plasma spatiaux pouvaient même exister, donc le prouver avec une observation aussi frappante est incroyable », rapporte Michael Lockwood, chercheur à l’université de Reading et coauteur de l’étude.

Un phénomène probablement assez répandu

Il s’agit donc de la première observation jamais effectuée de ce type de phénomène naturel. Aussi, le fait qu’il soit survenu entre l’ionosphère et la magnétosphère suppose un transfert brutal d’énergie du vent solaire vers le champ magnétique de la haute atmosphère terrestre. Au cours du processus, les lobes du champ se reconnectent alors de façon quasi continue pendant plusieurs heures, amenant de grandes quantités d’énergie et responsables de la formation d’un tourbillon de plasma.

ouragan spatial
Représentation schématique de la magnétosphère terrestre lors de l’ouragan spatial (indiqué en violet). Sont également indiquées les zones de reconnexion des lignes du champ magnétique. Crédits : Qing-He Zhang & al. 2021.

« Le plasma et les champs magnétiques des atmosphères planétaires existent dans tout l’univers, de fait les résultats suggèrent que les ouragans spatiaux devraient être un phénomène répandu », ajoute le coauteur. Celui survenu en août 2014 tournait dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et s’est dissipé après 8 heures environ. Une durée bien plus courte que celle des ouragans plus classiques de la basse atmosphère. Et pour cause, le mécanisme de formation ainsi que la constitution du vortex sont très différents.

Ci-dessous, vous pouvez voir une simulation de l’ouragan spatial réalisée a posteriori par les chercheurs. La cohérence avec les observations laisse penser que les mécanismes physiques à l’œuvre sont bien compris. La Terre est vue du dessus, le soleil est à droite et la magnétosphère est visible par sa forme de bulle asymétrique. Les flèches représentent le flux de plasma. Enfin, les couleurs montrent le transfert de quantité de mouvement entre le vent solaire et l’ionosphère. Notez la présence de nombreux bras spiralés et d’un centre calme, rappelant l’œil de nos ouragans.