Voici pourquoi prédire la météo spatiale est encore plus difficile qu’il n’y paraît

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  • Les développements récents à la pointe de l’astronomie nous permettent d’observer que les planètes en orbite autour d’autres étoiles ont des conditions météorologiques. En effet, nous savons que d’autres planètes de notre propre système solaire ont des conditions météorologiques, dans de nombreux cas plus extrêmes que la nôtre.

    Nos vies sont affectées par les variations atmosphériques à court terme des conditions météorologiques sur Terre, et nous craignons que les changements climatiques à long terme aient également un impact important. Le terme récemment inventé «météorologie spatiale» fait référence aux effets qui surviennent dans l’espace mais affectent la Terre et les régions qui l’entourent. Plus subtile que la météo météorologique, la météo spatiale agit généralement sur les systèmes technologiques et a des impacts potentiels allant de la perturbation des communications aux pannes du réseau électrique.

    Une capacité à prédire la météorologie spatiale est un outil essentiel pour fournir des avertissements afin que des mesures d’atténuation puissent être tentées et, espérons-le, dans les cas extrêmes, prévenir une catastrophe.

    L’histoire des prévisions météorologiques

    Nous sommes maintenant habitués à des prévisions météorologiques à grande échelle qui sont assez précises sur une échelle de temps d’environ deux semaines.

    Les prévisions météorologiques scientifiques ont vu le jour il y a environ un siècle, avec le terme «Front» étant associé à la Première Guerre mondiale. La prévision météorologique est basée sur une bonne connaissance de la théorie sous-jacente, codifiée en programmes informatiques massifs fonctionnant sur les ordinateurs les plus avancés, avec d’énormes quantités de données d’entrée.

    Des aspects importants de la météo, comme la teneur en humidité, peuvent être mesurés par des satellites qui surveillent en permanence. D’autres mesures sont également facilement prises, par exemple, par les près de 2 000 ballons météorologiques lancés chaque jour. Explorer les limites des prévisions météorologiques a donné naissance à la théorie du chaos, parfois appelée «effet papillon». L’accumulation d’erreur entraîne la limite pratique de deux semaines.

    En revanche, la prévision de la météo spatiale n’est vraiment fiable qu’environ une heure à l’avance!

    Un explicateur de la science derrière le chaos.

    Effets solaires

    La plupart des conditions météorologiques spatiales provient du soleil. Son atmosphère la plus externe souffle dans l’espace à des vitesses supersoniques, bien qu’à une densité si faible que l’espace interplanétaire est plus raréfié que ce qui est considéré comme un vide dans nos laboratoires. Contrairement aux vents sur Terre, ce vent solaire transporte un champ magnétique. C’est beaucoup plus petit que le champ terrestre que nous pouvons détecter avec une boussole à la surface, et beaucoup plus petit que celui près d’un aimant de réfrigérateur, mais il peut interagir avec la Terre, avec un rôle important dans la météorologie spatiale.

    Le vent solaire très mince, avec un champ magnétique très faible, peut néanmoins affecter la Terre en partie parce qu’il interagit avec une grande bulle magnétique autour de la Terre, appelée la magnétosphère, sur une très grande surface, au moins cent fois plus grande que la surface. de notre planète. Tout comme une brise qui peut à peine bouger, un fil peut déplacer un énorme voilier lorsqu’il est pris sur les grandes voiles, l’effet du vent solaire, par sa pression directe (comme sur une voile) ou par son champ magnétique interagissant avec la Terre, peut être énorme.

    En tant que point d’origine, le soleil lui-même est une masse bouillonnante de gaz chauds et de champs magnétiques, et leur interaction est complexe, parfois même explosive. Les champs magnétiques sont concentrés à proximité des taches solaires et produire des phénomènes électromagnétiques comme des éruptions solaires (le nom dit tout) et des éjections de masse coronale. Tout comme pour les tornades sur Terre, nous savons généralement quand les conditions sont favorables à ces explosions localisées, mais une prédiction précise est difficile.

    Même une fois qu’un événement est détecté, si une grande masse de gaz rapide, chaud et dense est tirée dans notre direction (et un tel «nuage» à son tour est difficile à détecter, venant sur nous contre l’éblouissement du soleil), il y a un facteur de complication supplémentaire dans la prédiction de son danger.

    Les scientifiques de la NASA répondent aux questions sur la météorologie spatiale.

    Détection des champs magnétiques

    Contrairement à la teneur en eau détectable, parfois même visible, dans l’atmosphère qui est si importante en météorologie, le champ magnétique du gaz éjecté du soleil, y compris dans les nuages ​​chauds et plus denses des explosions, est presque impossible à détecter de loin. L’effet d’un nuage interplanétaire est grandement amélioré si la direction de son champ magnétique est opposée au champ propre de la Terre où il heurte la barrière de la magnétosphère terrestre. Dans ce cas, un processus connu sous le nom de «reconnexion» permet à une grande partie de l’énergie du nuage d’être transférée vers la région proche de la Terre, et de s’accumuler en grande partie du côté nuit, malgré le nuage frappant du côté faisant face au soleil.

    Par des processus secondaires, impliquant généralement une reconnexion supplémentaire, cette énergie produit des effets de météorologie spatiale. De la Terre les ceintures de rayonnement peuvent être fortement excitées, mettant en danger les astronautes et même les satellites. Ces processus peuvent également produire des aurores lumineuses, dont la beauté cache le danger puisqu’elles produisent à leur tour des champs magnétiques. Un effet générateur se produit lorsque les aurores dansantes font varier les champs magnétiques, mais contrairement aux générateurs qui produisent une grande partie de notre électricité, les champs électriques des aurores sont incontrôlés.

    Les champs électriques des aurores sont petits et indétectables pour les sens humains. Cependant, sur une très grande région, ils peuvent s’accumuler pour appliquer une tension considérable. C’est cet effet qui pose un danger pour notre plus grande infrastructure, comme les réseaux électriques. Pour prédire quand cela pourrait se produire, nous aurions besoin de mesurer de loin la taille et la direction du champ magnétique dans un nuage spatial entrant. Cependant, ce champ invisible est furtif et difficile à détecter jusqu’à ce qu’il soit presque sur nous.

    Moniteurs satellites

    Selon les lois gravitationnelles des orbites, un satellite surveillant en permanence les champs magnétiques par mesure directe doit se trouver à environ 1,6 million de kilomètres de la Terre, entre nous et le soleil cent fois plus loin. Un nuage magnétique causant des effets mineurs de la météo spatiale prend généralement environ trois jours pour venir du soleil à la Terre. Un nuage vraiment dangereux, provenant d’une plus grande explosion solaire, peut prendre aussi peu qu’une journée. Étant donné que nos satellites de surveillance sont relativement proches de la Terre, nous ne connaissons la direction cruciale du champ magnétique qu’une heure au plus avant l’impact. Ce n’est pas beaucoup de temps pour préparer les infrastructures vulnérables, comme les réseaux électriques et de communication et les satellites, pour mieux survivre.

    Puisque les flottes de satellites nécessaires pour donner un meilleur avertissement ne sont même pas sur les planches à dessin, nous devons compter sur la chance face à la météorologie spatiale. Ce peut être un petit confort que le maximum solaire à venir – lorsque la surface du soleil est la plus active pendant un cycle et devrait culminer en 2025 – devrait être doux.

    C’est peut-être Mark Twain qui a dit «il est difficile de faire des prédictions, en particulier sur l’avenir», mais c’est certainement vrai dans le cas de la météorologie spatiale.

    Cet article de Martin Gérard Connors, Professeur de sciences spatiales et de physique, Université Athabasca, est republié à partir de La conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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