Les ceintures de Van Allen pulsant à partir de particules solaires. Crédit d'image: NASA / Tom Bridgman. Cliquez pour agrandir
Selon une nouvelle recherche menée par une équipe dirigée par la NASA, une «zone de sécurité» dans les ceintures de rayonnement entourant la Terre se déplace plus haut en altitude et en latitude pendant les pics d'activité solaire. La zone de sécurité offre des intensités de rayonnement réduites à tout vaisseau spatial potentiel qui doit voler dans la région de la ceinture de rayonnement.
«Cette nouvelle recherche nous rapproche de la compréhension de la façon dont une section de la ceinture de rayonnement disparaît», a déclaré le Dr Shing Fung du Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Md. Fung est l'auteur principal d'un article sur cette recherche paru dans le version en ligne des lettres de recherche géophysique du 22 février.
L'équipe a basé ses résultats sur des mesures de particules à haute vitesse (électrons), qui constituent la «ceinture de rayonnement Van Allen», de la série de vaisseaux spatiaux météorologiques en orbite polaire de la National Oceanic and Atmospheric Administration de 1978 à 1999. leurs orbites polaires, ils ont détecté moins de particules de ceinture de rayonnement à une certaine plage de latitude, indiquant des passages de zone sûrs par le vaisseau spatial. Les chercheurs ont comparé les données prises pendant les périodes d'activité solaire relativement faibles, appelées minimum solaire, aux données des périodes d'activité solaire de pointe, appelées maximum solaire. Ils ont remarqué un déplacement de la zone de sécurité vers des latitudes plus élevées, et donc des altitudes, pendant le maximum solaire.
Si les ceintures de rayonnement étaient visibles, elles ressembleraient à une paire de beignets autour de la Terre, l'un à l'intérieur de l'autre avec la Terre dans le «trou» du beignet le plus intérieur. La zone de sécurité, appelée «région de fente», apparaîtrait comme un espace entre le beignet intérieur et extérieur. Les ceintures sont en fait constituées de particules à haute vitesse chargées électriquement (électrons et noyaux atomiques) qui sont piégées dans le champ magnétique terrestre.
Le champ magnétique terrestre peut être représenté par des lignes de force magnétique émergeant de la région polaire sud, vers l’espace et de retour dans la région polaire nord. Parce que les particules de ceinture de rayonnement sont chargées, leurs mouvements sont guidés par les lignes de force magnétiques. Les particules piégées rebondiraient entre les pôles en spirale autour des lignes de champ.
Les ondes radio à très basse fréquence (VLF) et le gaz de fond (plasma) sont également piégés dans cette région. Tout comme un prisme qui peut courber un faisceau lumineux, le plasma peut courber les chemins de propagation des ondes VLF, provoquant le flux des ondes le long du champ magnétique terrestre. Les ondes VLF nettoient la zone de sécurité en interagissant avec les particules de la ceinture de rayonnement, en retirant un peu de leur énergie et en changeant de direction. Cela abaisse l'endroit au-dessus des régions polaires où les particules rebondissent (appelé le point miroir). Finalement, le point miroir devient si bas qu'il se trouve dans l'atmosphère terrestre. Lorsque cela se produit, les particules piégées entrent en collision avec les particules atmosphériques et sont perdues.
Selon l'équipe, la zone de sécurité est créée dans une région où les conditions sont favorables pour que les ondes VLF frappent les particules. Leurs recherches sont la première indication que l'emplacement de cette région peut changer avec le cycle d'activité solaire. Le Soleil passe par un cycle d'activité de 11 ans, du maximum au minimum, et vice-versa. Pendant le maximum solaire, l'augmentation du rayonnement solaire ultraviolet (UV) chauffe la haute atmosphère de la Terre, l'ionosphère, ce qui provoque son expansion. Cela augmente la densité du plasma piégé dans le champ magnétique terrestre.
Les conditions favorables à l'interaction VLF-particule dépendent de la combinaison spécifique de la densité du plasma et de la force du champ magnétique. Bien que la densité du plasma diminue généralement avec l'altitude, l'expansion de l'ionosphère pendant le maximum solaire rend le plasma plus dense à l'altitude minimale solaire de la zone de sécurité et force la densité de plasma favorable pour que la zone de sécurité migre vers une altitude plus élevée. De plus, l'intensité du champ magnétique diminue également avec l'altitude. Pour trouver la force de champ magnétique favorable pour la zone de sécurité à des altitudes plus élevées, il faudrait migrer vers les pôles (latitudes plus élevées), où les lignes de champ magnétique sont plus concentrées et donc plus fortes.
"Cette découverte aide à affiner la recherche de la région d'interaction onde-particule primaire qui crée la zone de sécurité", a déclaré Fung. "Bien qu'aucun vaisseau spatial connu n'utilise la zone de sécurité de manière intensive à l'heure actuelle, nos connaissances pourraient aider à la planification et aux opérations de futures missions qui souhaitent profiter de la zone."
Selon les chercheurs, leur découverte a été rendue possible grâce à un nouvel outil de sélection et de récupération de données développé par l'équipe, appelé Magnetospheric State Query System. La recherche a été financée par la NASA et le National Research Council. L'équipe comprend Fung, le Dr Xi Shao (National Research Council, Washington) et le Dr Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
