Les marées sur Terre sont bien connues et constituent l’un des phénomènes les plus fiables au monde. Ce sont des ondes de très longue période qui traversent l’océan en réponse aux forces de la Lune et du Soleil. Bien sûr, les marées affectent la dynamique des océans, mais elles affectent également la magnétosphère terrestre. Récemment, des chercheurs utilisant des observations par satellite ont trouvé des preuves d’effets de marée dans la plasmasphère terrestre – la partie la plus externe de l’ionosphère – en corrélation avec les phases de la Lune, tout comme dans nos océans. Cela ouvre une nouvelle façon de voir l’interaction de la Lune avec notre planète, ce qui pourrait conduire à une prédiction plus précise des risques météorologiques spatiaux.
Les marées sont un phénomène universel et jouent souvent un rôle important dans les systèmes planétaires et galactiques, où les gradients d’attraction gravitationnelle sont importants. En tant que seul satellite naturel de la Terre, la Lune et son interaction gravitationnelle avec la Terre ont suscité des recherches et une curiosité approfondies pendant plusieurs centaines d’années.
Les marées océaniques et leur relation avec les phases de la lune sont connues depuis l’Antiquité. Un certain nombre de phénomènes de marée ont été détectés au cours des siècles, allant des marées terrestres aux modulations lunaires de l’ionosphère. Ces marées lunaires ont une période principalement semi-diurne (et de deux semaines) et sont d’une importance fondamentale pour les conditions de notre planète.
Rappelons que les fluctuations des marées lunaires ont de multiples effets sur la Terre, notamment sur l’écoulement des eaux souterraines, les courants océaniques et les vents atmosphériques. Ils provoquent également des événements sismiques et des éruptions volcaniques et perturbent la déviation verticale. Sans oublier les marées ionosphériques qui affectent la transmission radio et l’altitude des satellites en orbite terrestre basse.
Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par Chao Xiao de l’Université du Shandong et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences a présenté des preuves de l’existence d’une variation de marée lunaire au bord de la plasmasphère entourant la Terre. Cette force de marée auparavant inconnue crée des fluctuations dans le plasma similaires aux marées dans les océans. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature Physics.
Plasmasphère, océan sous l’influence de la lune
La région la plus externe de l’ionosphère est la plasmasphère. C’est une région de plasma froid dense qui entoure la Terre. Bien que le plasma se trouve dans toute la magnétosphère (qui nous protège du vent solaire et d’autres particules), la plasmasphère contient généralement le plasma le plus froid et le plus dense. Compte tenu de ces propriétés, il peut être considéré comme un « océan de plasma », et la plasmapause représente la « surface » de cet océan en raison d’un changement brutal des propriétés du plasma au-delà de cette limite.
Considérant cette zone comme un océan, il serait logique qu’elle soit influencée par la Lune, à l’instar des océans sur Terre. Pour tester cette hypothèse, les auteurs ont utilisé des données recueillies par des satellites pendant plus de 40 ans pour suivre les moindres changements dans la forme de la plasmasphère.
En particulier, ils ont analysé les données de plus de 50 000 traversées de plasmapause in situ par divers engins spatiaux appartenant à 10 missions scientifiques sur près de quatre cycles solaires de 1977 à 2015. Les capteurs satellites sont capables de détecter des changements infimes de la concentration plasmatique, ce qui a permis à l’équipe de cartographier la limite exacte de la plasmapause plus en détail que jamais auparavant, explique l’article de Balász Heylig accompagnant l’étude, disponible dans la revue Physics Nature.
(a) Image plasmasphère prise par la caméra IMAGE EUV à 14h14 TU le 26 juin 2000 au-dessus du pôle Nord de la Terre. (b) Image plasmasphère prise par la caméra EUV Chang’e-3 (CE-3) à 13h01 TU le 21 avril 2014 depuis la Lune. Une chute brutale de l’intensité du rayonnement est une plasmapause, comme l’indiquent les courbes blanches. Les flèches blanches indiquent la direction du Soleil. Les cercles noirs représentent la taille apparente de la Terre. Les courbes opposées représentent les changements d’intensité de la plasmasphère par rapport aux phases de la lune. Les pics des marées sont marqués de lignes pointillées rouges. © K. Xiao et al., 2023
L’équipe a attribué cela au rôle de l’activité solaire dans la magnétosphère terrestre. Une fois cette influence prise en compte, il est devenu clair que les fluctuations de la forme de la plasmapause suivaient des schémas diurnes et mensuels très similaires aux marées océaniques, indiquant que la Lune est la cause la plus probable des marées de plasma.
Comment ça fonctionne?
Il faut savoir que les couches supérieures de l’atmosphère de notre planète sont exposées au rayonnement ultraviolet du Soleil et ionisées, les électrons libérés se déplacent le long des lignes du champ magnétique terrestre et leur énergie accrue est suffisante pour sortir de la gravité terrestre.
Lorsque les électrons commencent à s’échapper vers l’extérieur, ils laissent derrière eux une charge électrique positive nette croissante dans l’ionosphère et créent de facto une charge électrique négative nette croissante sur l’ionosphère; dans ce cas, un champ électrique commence à se développer. Le champ électrique qui en résulte empêche très rapidement le mouvement ascendant des électrons de l’ionosphère. Les ions réagissent à un champ électrique et sont attirés par celui-ci. Ils commencent également à se déplacer vers le haut à partir de l’ionosphère.
En quelques heures ou quelques jours, ce plasma incontrôlable (électrons et ions) peut s’accumuler à certains endroits jusqu’à atteindre un équilibre où autant de plasma entre à l’intérieur de l’ionosphère qu’à l’extérieur. Cette région « beignet » de plasma froid entourant la planète correspond à la plasmasphère.
Il diminue avec l’augmentation de l’activité météorologique spatiale. En effet, lors des orages géomagnétiques, la convection globale s’intensifie, ce qui entraîne un décollement et un balayage vers le soleil de la partie extrême de la plasmasphère. À la suite de l’érosion plus proche de la Terre, une plasmapause se forme – la limite extérieure de la plasmasphère.
En conséquence, il se dilate ou se «remplit» pendant les périodes d’inactivité, lorsque les particules chargées de l’ionosphère sous-jacente sont éclairées par le Soleil, les dispersant le long des lignes de champ géomagnétique.
L’équipe a ensuite découvert que le signal causé par la marée lunaire dans la plasmasphère terrestre a une périodicité diurne et mensuelle distincte qui diffère des variations semi-diurnes et bimensuelles dominantes des effets de marée lunaires précédemment observés dans d’autres régions.
La plasmapause de fond est représentée par le cercle bleu. La modulation de la plasmapause par la marée lunaire est représentée par le cercle pointillé rouge ; à gauche pour la marée basse et à droite pour la marée haute. © K. Xiao et al., 2023
Les chercheurs ne savent pas exactement comment la Lune provoque les marées de plasma, mais leur supposition actuelle est que la gravité de la Lune provoque des perturbations dans le champ électromagnétique de la Terre. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires.
L’élucidation de l’origine des fluctuations observées pourrait contribuer à une meilleure compréhension de la dynamique de la plasmasphère et, plus généralement, de l’interaction de l’ionosphère et de la magnétosphère, et pourrait également conduire à une prédiction plus précise des risques météorologiques spatiaux.
L’auteur principal Chao Xiao conclut dans une déclaration publiée par China Daily : « Les nouveaux résultats élargissent notre compréhension de l’interaction Terre-Lune d’une manière sans précédent. »
physique de la nature.
Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
