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La belle aurore !

Les missions scientifiques (V)

A côté des satellites GEOS et autre NOAA qui relèvent de façon continue les flux de protons, électrons et autre rayonnements X à différentes longueurs d'ondes en vue d'établir des prévisions pour tout un panel d'activités, la communauté internationale a fabriqué de nouveaux observatoires orbitaux spécialisés dans l'étude de l'environnement magnétosphérique.

Après l’explosion au décollage du lanceur Ariane 5 qui transportait les quatre satellites du programme Cluster, la NASA réitéra l'expérience en envoya deux autres satellites (Wind et Solar) dans la magnétosphère terrestre, de même que le Japon (Geotail) tandis que l'ESA reconstruisit quatre nouveaux Cluster qu'elle envoya dans la magnétosphère en l'an 2000. Simultanément des stations terriennes effectuèrent des relevés à partir du sol, données qui sont aujourd'hui accessibles sur Internet à travers des institutions telles que la NOAA, la NASA ou l'UCLA. Nous y reviendrons.

A gauche, placé sur l'un des points de Lagrange d'équilibre gravitationnel, SOHO surveille attentivement l'activité solaire. A droite, les satellites Cluster2 se consacrent à l'analyse des interactions Terre-Soleil. Documents ESA.

Comme nous l'avons évoqué, en 2007 la NASA lança également la mission THEMIS comprenant 5 satellites destinés à étudier la magnétosphère et les aurores grâce auxquels les chercheurs comprennent aujourd'hui beaucoup mieux le comportement de la magnétosphère et l'influence du vent solaire sur la forme de la queue magnétique et la structure et la brillance des aurores.

En parallèle, les satellites d'observation du Soleil tels SOHO, SDO et STEREO gardent un oeil attentif sur l'activité solaire, surveillant entre autre chose les éjections de matière coronale qui sont à l'origine des perturbations magnétiquesles plus tempétueuses dans l'environnement terrestre. De leur côté, les astronautes réalisent également des observations in situ, étant pratiquement les seuls à pouvoir voler à travers les aurores.

Grâce à ces programmes, les scientifiques comprennent un peu mieux la météorologie de la haute atmosphère.

Les astronautes embarqués à bord de la navette spatiale ont réalisé quelques images inédites d'aurores australes. Dans le sens horloger on observe à gauche, une aurore photographiée près de la constellation d'Orion le 10 avril 1994 par la mission STS-059; une draperie observée à 210 km d'altitude par la mission STS-068 en octobre 1994; une aurore australe évoluant entre 80-130 km d'altitude photographiée par la mission STS-039 le 6 mai 1991 et enfin une aurore photographiée à 130 km d'altitude. On aperçoit très distinctement sa distribution circulaire autour du pôle géomagnétique. Documents NASA.

Enfin, grâce au Télescope Spatial Hubble, les astronomes de l'Université de Michigan et du JPL ont découvert des aurores sur Jupiter et Saturne. Leur activité semble suivre le même processus que celui que nous observons sur Terre, avec une apparition simultanée et quasi symétrique dans les deux hémisphères des deux planètes géantes (mais concrètement, même sur Terre les aurores ne sont pas symétriques dans les deux hémisphères en raison de la compression de la queue magnétique). L'activité aurorale de Jupiter semble toutefois liée aux "relations électriques" qu'il entretient avec son satellite Io situé à 420000 km de distance.

L'intensité électrique de ces aurores est toutefois sans commune mesure avec ce que nous connaissons sur Terre et il serait très hasardeux d'envoyer un satellite explorer ce milieu. En effet, les ceintures de radiations contiennent des particules relativistes de forte énergie transportées par le vent solaire et accélérées par le champ magnétique de Jupiter. Ces particules de haute énergie sont capables de freiner la sonde spatiale et d'interrompre ses signaux de communication voire même de détruire l'électronique embarquée des satellites artificiels par leur impact ou effet électromagnétique. Aussi, pour éviter de détruire l'électronique de la sonde spatiale Juno qui visita Jupiter en 2016, les composants vitaux de la sonde furent protégés par une feuille de titane de 12 mm d'épaisseur et par mesure de sécurité les ingénieurs du JPL ont programmé ses 37 orbites autour de la planète géante de manière à ce que les trajectoires passent par les régions polaires pour éviter les ceintures de radiations qui s'étendent dans le plan équatorial de Jupiter.

Depuis 1996, le Télescope Spatial Hubble photographia en UV une intense activité aurorale sur Jupiter et Saturne fort similaire à celle que nous observons sur Terre (à droite). Les deux photos sont des compositages d'une image UV et d'une image en lumière blanche prises respectivement en décembre 2000 et le 28 janvier 2004. Documents NASA/ESA/STScI/J.Nichols/U.Leicester et Earth Observatory.

Sciences appliquées

Pour être complet, rappelons que des recherches sont effectuées en Alaska dans le cadre du programme HAARP (High frequency Active Auroral Research Program) sur la propagation des ondes réfléchies par les aurores et plus généralement sur la dynamique des plasmas. Comme l'expliqua l'ARRL, ce projet fut annulé en mai 2013 faute de budget. Les opérations furent transférées de l'USAF à l'Université d'Alaska à Fairbanks et ont repris le 11 août 2015.

Contrairement à ce que colportent la rumeur et les complotistes, HAARP n'est pas du tout une base militaire secrète entourée de fils barbelés et surveillée par des gardiers taciturnes et armés... Comme l'indique la pancarte placée à l'entrée du bâtiment situé sur la route qui relie Anchorage à Fairbanks, HAARP est un laboratoire de recherche sur l'ionosphère. On y étudie la propagation d'ondes longues modulées en amplitude (ELF) ainsi que des ondes-courtes comprises entre 2.8 et 10 MHz (HF).

HAARP utilise un réseau de 180 antennes rayonnant verticalement afin d'effectuer des sondages verticaux ou obliques dans l'ionosphère. Il s'agit de dipôles croisés multi-bandes fonctionnant entre les bandes ELF et HF. Chaque antenne est capable d'émettre avec une puissance de 20 kW. La puissance totale rayonnée atteintt 3.6 MW PEP (3.89 MW ERP) et pouvait atteindre 27 MW PEP ! Occasionnellement les radioamateurs participaient à ce projet en communiquant des rapports d'écoute lors de tests effectués sur 3.3, 3.39 et 6.99 MHz. Des sondages sont également effectués entre 100 et 350 km de distance pour mesurer l'épaisseur de l'ionosphère.

A lire : L'USAF lève une partie du voile sur HAARP (sur le blog, 2007)

High frequency Active Auroral Research Program

A gauche, gros plan sur le réseau de 180 dipoles croisés utilisés pour les sondages HF du projet HAARP (qui cessa ses activités en mai 2013 mais les reprit en 2015). A droite, variation du flux de plasma (électrons) au cours de la journée du 31 juillet 2000. Documents HAARP/EVUT.

Citons également le projet d'ionisation de l'ionosphère dans le cadre du programme IDS, l'aveuglement infrarouge des satellites militaires, les communications avec les sous-marins de la Navy, l'étude du relief caché par les sédiments ou les modifications du climat, sans parler de l'étude propre de l'ionosphère (dynamique des couches ionosphériques, propagation des signaux et du bruit, interactions Terre-Soleil, etc) afin d'améliorer la représentation du modèle IRI qui représente l'ionosphère de référence.

Plusieurs programmes sont déjà bien avancés et auront certainement des retombées concrètes dans les décennies à venir. Mais il va sans dire que certaines de ces recherches sont critiquées par différents groupements d'opposants, y compris par ceux qui pensent que les ondes hertziennes réchauffent l'atmosphère... Mais ils oublient que les milliers d'orages qui se produisent sur Terre chaque jour y contribuent bien plus, et plus encore depuis que l'on a découvert qu'ils émettaient des jets de plasma dans la stratosphère. Tout ceci nous écartant toutefois de notre sujet, reportez-vous aux sites Internet et aux travaux scientifiques traitant de ces matières pour plus d'information.

Les bulletins et alertes sur le temps spatial

Plusieurs bulletins d'information relatifs à l'activité solaire et géomagnétique sont accessibles au public moyennant une inscription gratuite à des serveurs spécialisés.

Le service SPWC de la NOAA propose de vous inscrire aux alertes relatives au temps spatial. Il suffit de créer un compte auprès de la NOAA et de compléter le formulaire en ligne. La NOAA propose également en ligne un tableau de bord du temps spatial.

Des informations plus générales sont également disponibles sur le site Spaceweather qui s'est étoffé au fil du temps. Il est très fréquenté et riche d'informations actualisées.

Pour mémoire, au début des années 2000, il existait le Solar Terrestrial Dispatch (STD) américain (cf. Spacew) géré par Cary Oler qui permettait de recevoir gratuitement par e-mail les alertes annonçant de potentielles tempêtes géomagnétiques. La revue "Astronomy" proposait des bulletins similaires. Ces deux services n'existent plus.

Si vous voulez consulter des données scientifiques, je vous conseille vivement de réagir dans les jours qui suivent une manifestation d'envergure afin d'obtenir des données en ligne. En effet, si vous attendez trop longtemps (plus de 5 jours) vous devrez consulter les archives ou effectuer des requêtes e-mail sur des serveurs dédiés avec le risque de perdre beaucoup de temps ou de retrouver difficilement l'objet de vos recherches. Dans tous les cas reportez-vous aux sites suivants :

Sur l'état de la haute atmosphère

SpaceWeather.com

SpaceWeatherLive

Statut en temp-réel

Sun Today (LMSAL)

Solar-Terrestrial Physics (STP)

Int'l Solar Terrestrial Physics

Prévisions, Bulletins, Alertes

Dashboard

Dashboard

Données du SWPC

WWV

HF Radio propagation

Live aurora display

Aurora Webcam

Magnetopause DynMod

Ionospheric Map (au)

Ionogrammes : IPS (au), OMA (be)

NGDC (usa)

Progression de la gray line

ARRL Propagation Bulletins

Aurora Alerts

Aurora forecast

Propagation & indices

The Sun Today

UCLA Space Physics Center

Real-time solar wind

Poker Flat Research Range

Vous trouverez également à la dernière page d'autres liens vers des sites iconographiques consacrés aux aurores polaires.

Si malgré cela vous ne trouvez pas en ligne les données qui vous conviennent, le logiciel de propagation HF DX ToolBox vous permet de recevoir en temps-réel les derniers bulletins de prévisions de l'activité solaire ainsi que les bulletins d'alertes solaires et géomagnétiques moyennant une connexion Internet. 

Consultez également la rubrique software où vous trouverez un aperçu du logiciel STD SWIM du Solar Terrestrial Dispatch (Spacew). Ce logiciel vous permet de recevoir sur votre ordinateur les images satellites et les graphiques élaborés par les centres de recherches afin de surveiller l'activité solaire et géomagnétique. Ce logiciel vous permet également de recevoir d'autres données (géophysique, météo, etc.).

Avec cette mine d'informations vous ne pouvez plus rater la prochaine aurore, si ce n'est pour des raisons météos, et encore dans ce cas EarthBrowser ou STD SWIM vous aura prévenu !

Sur base de ce que nous savons à présent sur la phénoménologie des aurores, étudions un cas pratique et voyons quelles furent les évènements à l'origine des belles aurores que nous avons observé le 6 avril 2000 et dont vous trouverez une galerie d'images dans les dernières pages.

Prochain chapitre

Rapport sur la tempête géomagnétique du 6 avril 2000

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