Le Champ Magnétique Interplanétaire (CMI)

Le champ magnétique interplanétaire (CMI) joue un grand rôle dans les interactions entre les vents solaires et la magnétosphère terrestre. Dans cet article nous allons voir ce qu’est le CMI et comment il affecte l’activité aurorale sur Terre.

Le champ magnétique du Soleil

Durant la période minimale du cycle solaire, le champ magnétique du Soleil ressemble a celui de la Terre. Cela ressemble un peu a un aimant ordinaire, avec des lignes de champ magnétique fermées a l’équateur et ouvertes près des pôles. Les scientifiques appellent cela un dipôle. Le champ du dipôle du Soleil est a peu près aussi puissant qu’un aimant sur un réfrigérateur (environ 50 Gauss). Le champ magnétique de la Terre est environ 100 fois plus faible.

Autour de la période de maximum solaire, quand le Soleil atteint son maximum d’activité, beaucoup de taches solaires sont visibles sur le disque solaire. Ces taches solaires sont percluses de magnétisme et de grandes lignes de champ magnétique le long desquelles circule de la matière. Ces lignes de champ magnétique sont toujours des centaines de fois plus puissantes que celles des dipôles. Cela rend le champ magnétique autour du Soleil extrêmement complexe avec beaucoup de perturbation dans les lignes de champ magnétique.

Le champ magnétique du Soleil ne reste pas autour de celui-ci. Le vent solaire le porte a travers tout le système solaire jusqu’à ce qu’il atteigne l’héliopause. L’héliopause est l’endroit ou les vent solaires sont arrêtés par le milieu interstellaire. Comme le Soleil tourne sur lui même, (a peu près 25 fois par jour) le champ magnétique interplanétaire a une forme de spirale qui est appelée la Spirale de Parker.

B_t valeur

La valeur Bt du champ magnétique interplanétaire indique sa force totale. Plus cette valeur est haute, plus les conditions géomagnétiques sont améliorées. Les valeurs de champ magnétique interplanétaires modérés sont de 15 nT mais pour des latitudes moyennes des valeurs de 25 nT sont désirables.

B_x, B_y et B_z

Le champ magnétique interplanétaire est un vecteur ayant trois axes parmi lesquels, deux (Bx et By) sont orientés parallèlement a l’écliptique. Bx et By ne sont pas importants pour l’activité aurorale. La troisième composante, Bz, est perpendiculaire au plan de l’écliptique et est crée par les vagues et autres perturbations du vent solaire.

Interaction avec la magnétosphère terrestre

L’orientation nord-sud du champ magnétique (Bz) est l’ingrédient principal de l’activité aurorale. Quand l’axe nord-sud du champ magnétique interplanétaire est orienté vers le sud, il se connecte à la magnétosphère terrestre qui elle, est orientée vers le nord. Pensez au aimants que vous avez chez vous. Deux pôles opposées s’attirent ! Avec un axe Bz orienté au sud, les particules du vent solaire pénètre plus facilement dans notre magnétosphère. Par la suite elles sont guidées dans notre atmosphère par les lignes de champ magnétique terrestre ou elles entre en collision avec les atomes d’oxygène e de nitrogène qui composent notre atmosphère, qui en réponse brillent en émettant de la lumière.

Pour une tempête géomagnétique il est vitale que la direction du champ magnétique interplanétaire (Bz) soit orienté au sud. Des valeurs continue de -10 nT ou moins sont des bons indicateurs sur la probabilité qu’une tempête géomagnétique se développe, mais plus cette valeur est basse, meilleure est l’activité aurorale. C’est uniquement durant les événement extrêmes avec de grandes vitesses de vent solaire que les tempêtes géomagnétiques (Kp 5 ou plus) peuvent se développer si l’axe Bz est orienté au nord.

Image: Schéma de l’interaction entre un CMI d’axe Bz orienté sud et la magnétosphère terrestre.

Il est important de noter que nous ne pouvons toujours pas prédire (avec précision et cohérence) le Bz(t), c'est-à-dire la force, l'orientation et la durée de la composante nord-sud du champ magnétique interplanétaire Bz d'une structure de vent solaire entrant. Nous ne connaissons pas les caractéristiques du vent solaire et du champ magnétique avant qu'il n'arrive au point de Lagrange 1 Soleil-Terre (point fixe dans l'espace entre la Terre et le Soleil situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre) où les satellites mesurent les propriétés du vent solaire entrant. Nous allons en apprendre davantage à ce sujet dans le paragraphe suivant.

Mesurer le champ magnétique interplanétaire

Les données en temps réel du vent solaire et du champ magnétique interplanétaire que vous pouvez trouver sur ce site viennent du satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), stationné sur le point de Lagrange Soleil-Terre L1. Il s’agit d’un point de l’espace entre le Soleil et la Terre ou la gravité du Soleil et de la Terre on une force d’attraction équivalente sur les satellites, ce qui leur permet de rester en orbite stable autour de ce point. Ce point est idéal pour les missions solaire comme DSCOVR, car cela leur donne l’opportunité de mesurer les paramètres du vent solaire et du champ magnétique interplanétaire avant qu’ils ne touchent la Terre. Cela permet d’être averti 30 à 60 minutes à l’avance, de la nature des vents solaires qui vont frapper la Terre. Il est possible de calculer combien de temps le vent solaire met pour voyager depuis DSCOVR jusqu’à la Terre. Sur les graphiques présents sur le site, on peut trouver les lettres “ETA” à côté d’un numéro qui détaille le temps nécessaire au vent solaire pour voyager depuis DSCOVR jusqu’à la Terre.

La mission Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) est désormais la principale source de données en temps réel sur le vent solaire et le champ magnétique interplanétaire, mais il existe un autre satellite au point L1 Soleil-Terre qui mesure le vent solaire entrant : il s'agit de l'Advanced Composition Explorer. Ce satellite était la principale source de données météorologiques spatiales en temps réel jusqu'en juillet 2016, date à laquelle DSCOVR est devenu pleinement opérationnel. Le satellite Advanced Composition Explorer (ACE) continue de collecter des données et fonctionne désormais principalement comme une solution de secours pour DSCOVR.

Image: L’emplacement d’une satellite au point Soleil-Terre L1.

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