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Que sont ces "orages magnétiques" qui perturbent parfois le champ magnétique terrestre? Contrairement aux changements du champ interne, ils surviennent vite, en quelques heures ou jours et les variations magnétiques provenant de l'aurore polaire ("les lumières du nord") sont encore plus rapides. Ce qui causent ces orages doit donc être extérieur à la terre, et non à cause du noyau de celle-ci. De quoi s'agit-t'il? La terrella de BirkelandLes orages magnétiques et les cycles des taches solaires semblent subtilement liés. Les grands orages apparaissent le plus souvent (mais pas seulement) pendant les années de forte activité des taches solaires. Ces orages créent des aurores en des lieux peu communs, bien loin des pôles (centre de l'Europe ou les U.S.A.).Kristian Birkeland, physicien norvégien, fit une expérience en 1895, en s'inspirant de Gilbert, il prit une terrella, la plaça dans une chambre à vide faite en verre. Il bombarda cette terrella par un faisceau d'électrons et observa leur passage par la décharge que ces électrons produisaient dans l'air résiduel resté dans la chambre à vide. La décharge suivait les lignes du champ magnétique (lignes de force) et convergeait près des pôles magnétiques de la terrella.
Est-ce une preuve que les aurores polaires se produisent à distance limitée (càd aux hautes latitudes) autour des pôles magnétiques? C'était, en effet, bien exact. Le mathématicien français Henri Poincaré, et 50 ans plus tard, avec plus de détails le suédois Hannes Alfvén--analysèrent le mouvement de ces électrons, et conclurent qu'ils étaient guidés par des lignes de champ magnétique, comme des perles sont enfilées sur un fil. De son expérience avec la terrella, Birkeland avait deviné que l'aurore était causée par des électrons en provenance du Soleil, guidés par les lignes du champ magnétique vers les pôles terrestres. Ces électrons produisaient alors une décharge, lorsqu'ils atteignaient la haute atmosphère. En fait il s'avèra que tout était bien pensé sauf que le soleil n'était pas la source des électrons.. Le courant annulaireQue signifie ces changements du magnétisme terrestre durant un orage magnétique? Le champ magnétique, à ces occasions-là, observé près de l'équateur devient plus faible d'environ 0,5 à 1%. Cela suggère que, d'une certaine manière, durant les orages, un large courant électrique circule autour de la Terre au-dessus de l'équateur. Les scientifiques ont appelé ce phénomène le "courant annulaire," mais personne ne savait à quelle distance ce courant circulait..La théorie d'Alfvén suggérait comment ce courant pouvait être transporté. Les particules chargées, telles que les ions et les électrons, n'étaient pas seulement guidées par les lignes de champ magnétique mais, en suivant leur trajectoire le long de ces lignes (plus précisément en spiralant autour d'elles), ces particules étaient aussi repoussées (d'une certaine manière) loin des régions à champ magnétique plus intense.
On peut démontrer que, par des processus secondaires, de telles particules changent lentement leur attache d'une ligne de champ à sa voisine directe, pour finalement faire le tour du globe dans le sens des aiguilles d'une montre (vue du grand nord)) pour les ions, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour les électrons négatifs. Cependant, tout électron se déplace vers l'est, et tout ion positif se déplace dans le sens contraire, un courant électrique est alors créé! C'est ainsi que S.F. Singer, en 1957, proposa d'expliquer l'existence d'un courant annulaire pendant les orages magnétiques.. Les ceintures de radiationEn 1958, des satellites artificiels observèrent les "ceintures de radiation" piégées, pas des ceintures temporaires accompagnant les orages magnétiques, mais des traits permanents de l'environnement magnétique terrestre dans l'espace. En 1959, cet environnement fut baptisé la "magnétosphère" par Tom Gold de l'université Cornel. Deux types de ceintures furent découvertes. Une ceinture interne, faite de protons de plus de 100 MeV, créés par la désintégration radioactive de neutrons produits lors de spallations nucléaires d'atomes atmospheriques sous l'impact de rayons cosmiques de plus de 10 GeV. Mais "la ceinture externe" contient des ions et des électrons d'une énergie modérée mais en grand nombre..
C'est à partir de cette queue que plusieurs phénomènes actifs de la magnétosphère (partie de notre météo spatiale) naissent. Le plus intéressant de ces phénomènes se trouve être une couche épaisse connue sous le nom de feuillet de plasma (en anglais: plasma sheet), située dans la région de faible champ magnétique, qui est prise en sandwich entre deux faisceaux de ligne de champ magnétique. Un faisceau , au nord de l'équateur, est fait de lignes de champ qui conduisent au voisinage du pôle nord magnétique, l'autre faisceau est sa réplique au sud de l'équateur, de lignes de champ dirigées hors du pôle sud. Le feuillet de plasma se trouve là où les particules du courant annulaire naissent, et où les "sous-orages" poussent les particules vers le sol et créent des spectacles d'aurores brillantes. L'aurore polaireDans des lieux tels que Fairbanks en Alaska ou Tromsö en Norvège, les aurores polaires ne sont pas rares. Leurs arcs brillants apparaissent en association avec des courants électriques forts reliant la Terre à l'espace. Contrairement au courant annulaire, ces courants sont conduits par une différence de voltage (comme dans la maison).Dans l'espace, ces mêmes courants circulent très facilement le long des lignes de champ magnétique parce que les particules qui les transportent (pour la plupart des électrons) ont tendance à rester attachées à ces lignes. Certains courants circulent de l'espace ves la Terre, d'autres de la Terre vers l'espace, près de la terre leur circuit est complété par une couche, bonne conductrice d'électricité, située dans la haute atmosphère à environ 125 kms d'altitude, que l'on nomme la couche -E de l'ionosphère. Les courants n'atteignent pas le sol car l'air dans les couches basses est un très bon isolateur électrique.
L'aurore polaire est créée à partir des
électrons qui se déplacent vers le sol alors qu'ils transportent
ce courant.. Ils gagnent de la vitesse grâce à la force électromotrice
et après avoir atteint l'atmosphère, les électrons
rentrent en collision avec des atomes d'oxygène ou d'azote, ces
derniers excités, émettent de la lumière. Une aurore
typique émet une lumière verte, caractéristique de
l'oxygène.
Prochain arrêt: Le magnétisme planétaire
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