Les aurores boréales sont l’un des phénomènes visuels et physiques les plus frappants qu’il soit donné à un être humain d’admirer. Lorsque les cieux sont habillés de ces draperies vertes ou pourpres qui dansent dans le ciel polaire, c’est en raison des particules énergétiques éjectées par le Soleil qui entrent en collision avec les gaz de la haute atmosphère.
Toutefois, il arrive parfois que ce mécanisme habituel s’inverse, laissant apparaître des zones d’obscurité totale appelées « aurores noires » au beau milieu de ce ballet de lumière. Un phénomène connu depuis les années 1970, que l’on comprenait alors assez mal. Pour lever le voile sur ces anomalies, la NASA a lancé la semaine dernière deux missions suborbitales : BADASS (on rigole bien à la NASA !) et GNEISS. Des fusées-sondes qui effectuent des vols paraboliques courts, plongeant leurs instruments directement dans le plasma de l’ionosphère (couche supérieure de l’atmosphère entre 80 et 1 000 km d’altitude). C’est le seul moyen d’obtenir des mesures in situ de la dynamique des courants électriques là où l’aurore brille et là où ces fameux trous se manifestent.
BADASS : mesurer les aurores noires en temps réel
Le 9 février, la fusée de la mission BADASS (Black and Diffuse Auroral Science Surveyor) a atteint une apogée de 360 kilomètres. À cette altitude, l’engin a pu traverser les zones d’ombre des aurores afin de confirmer une théorie qui tenait les astrophysiciens en haleine depuis plus de vingt-cinq ans. Il faut remonter à 1996 pour comprendre d’où vient cette hypothèse sur les aurores noires, date du lancement de la mission européenne Cluster et, plus tard, par le satellite FAST de la NASA.
À l’époque, ces missions avaient permis de comprendre que ces poches d’obscurité étaient un phénomène physique distinct de l’aurore elle-même, que l’on pourrait qualifier d’« anti-aurore ».
Lorsqu’une aurore se produit, notre atmosphère est bombardée d’électrons, qui percutent les atomes d’oxygène et d’azote qui la composent ; c’est ce qui produit ces sublimes motifs lumineux. Mais dans le cas de l’aurore noire, c’est le processus inverse qui a lieu : un champ électrique puissant aspire les électrons hors de l’ionosphère vers l’espace. Ce courant ascendant vide la zone de ses particules énergétiques, créant par contraste ces « trous » sombres au milieu des raies lumineuses.
Pour Marilia Samara, responsable de la mission BADASS, les résultats sont à la hauteur de ce qui était espéré : les instruments ont fonctionné exactement comme prévu, livrant les mesures nécessaires pour identifier les causes de cette inversion. Ces mesures vont maintenant être analysées par la NASA, qui dispose pour la première fois de relevés physiques capturés au cœur de ces anomalies magnétiques.
GNEISS : le scanner 3D de l’ionosphère
Le 10 février, la mission GNEISS (Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science) a pris le relais pour cartographier les variations de densité du plasma au sein même de la zone aurorale. Grâce à deux fusées propulsées à 319 kilomètres d’altitude, la NASA a pu multiplier les points de vue. En croisant les données de ces deux engins avec celles d’un réseau de récepteurs au sol, les chercheurs ont obtenu une vision en trois dimensions des aurores.
L’intérêt étant de comprendre comment ces zones d’ombre impactent les ondes qui traversent l’ionosphère. Jusqu’à présent, les relevés se limitaient à la seule trajectoire parcourue par la fusée, ce qui ne permettait pas de mesurer l’étendue réelle de la perturbation aurorale. L’ionosphère agissant comme un conducteur pour les signaux GPS et les communications radio haute fréquence, lorsqu’une aurore noire vide localement cette couche de ses électrons, elle forme une zone où les signaux ne peuvent plus circuler normalement.
Grâce aux mesures recueillies par GNEISS et BADASS, la NASA pourra mieux prédire les transferts énergétiques qui se produisent entre la magnétosphère et l’ionosphère. Cela peut paraître légèrement ésotérique exprimé de cette manière, mais ces données seront une mine d’or pour de nombreux domaines sensibles aux variations magnétiques. Sécurité des mégaconstellations de satellites, fiabilité des liaisons radio (avions de ligne ou stations pétrolières offshore, par exemple), continuité des services de téléphonie par satellite dans le Grand Nord, précision du positionnement pour les navires autonomes traversant les routes arctiques… La liste des bénéficiaires est longue comme le bras et sans cette meilleure compréhension de la dynamique du plasma atmosphérique, nos connaissances en météo spatiale resteraient encore trop lacunaires. Voilà pourquoi les aurores noires sont tout aussi importantes à comprendre que les aurores : elles sont également des parasites pour nos technologies les plus avancées.
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