Ceinture de radiations de Van Allen

Ceinture de Van Allen

Les sondes jumelles Van Allen de la NASA, lancées le 30 aout 2012, ont révélé une nouvelle ceinture de radiation autour de la Terre. La mission a découvert une troisième ceinture de radiations jusqu'à lors inconnue au sein de ces régions dangereuses de l'espace. Les sondes de Van Allen se composent de deux satellites identiques, judicieusement séparés dans l'espace pour mieux repérer les évènements, cartographier cette région, cataloguer les particules à haute énergie et suivre les ondes magnétiques qui échappent aux ceintures. La magnétosphère fut décrite en 1958 par James Van Allen lors de mesures effectuées par des compteurs Geiger embarqués dans le premier satellite américain, Explorer 1. C'est à cette époque que fut découvert cette zone de l'espace appelée la ceinture de Van Allen. La ceinture de Van Allen, touchée par les tempêtes solaires, est constituée de deux parties distinctes de radiations aux caractéristiques différentes. La première la plus proche de la Terre est située entre 700 et 10 000 km d'altitude, elle est constituée principalement de protons à haute énergie. La seconde, la partie extérieure plus vaste, est située entre 13 000 et 65 000 km d'altitude, elle est constituée d'électrons à haute énergie. Cette découverte montre le caractère dynamique et variable des ceintures de radiation de notre planète, en effet cette troisième ceinture a persisté pendant quatre semaines puis a disparu, peut-être anéantie par une autre onde de choc, celle de l'éruption solaire du 31 aout 2012 d'après Daniel Baker chercheur principal du REPT à l'Université du Colorado. Cette découverte permet d'améliorer notre compréhension sur la façon dont ces régions réagissent à l'activité solaire. Les données recueillies par le premier double vaisseau spatial à analyser la ceinture de Van Allen, ont été publiés jeudi 28 février 2013 dans la revue Science. L'instrument REPT (Relativistic Electron Proton Telescope) embarqué à bord des sondes, a révélé une troisième structure distincte de la ceinture de Van Allen avec une deuxième zone vide de l'espace, entre les deux ceintures extérieures. Les scientifiques ont observé la troisième ceinture pendant quatre semaines alors qu'une puissante onde de choc venait frapper la magnétosphère. Les observations ont été faites par des scientifiques des instituts LASP, Goddard Space Flight Center de la NASA, Alamos National Laboratory et l'Institut pour l'étude de la Terre de l'Université du New Hampshire. Les sondes de Van Allen ont été conçues pour nous aider à comprendre l'influence du soleil sur la Terre et l'espace proche de la Terre en étudiant les ceintures de radiation à différentes échelles d'espace et de temps.

Les six instruments des sondes fournissent les mesures nécessaires pour caractériser et quantifier les processus plasmatiques qui produisent des ions et des électrons relativistes très énergétiques. Les sondes de Van Allen font partie du programme plus large (LWS) dont les missions ont été conçues pour explorer les aspects du système connecté Soleil-Terre et qui touchent directement la vie et la société. Les instruments des sondes permettent de mesurer les propriétés des particules chargées qui composent les ceintures de radiation de la Terre, les ondes de plasma qui interagissent avec eux, les champs électriques à grande échelle qui les transportent, et le champ magnétique qui guide les particules.
Les deux sondes de Van Allen ont à peu près la même orbite excentrique. Ces orbites couvrent toute la zone de radiations des ceintures.
La plus grande partie de l'énergie solaire est libérée dans l'espace sous forme de radiations électromagnétiques, principalement sous forme de lumière visible, mais le Soleil émet aussi un flux de particules chargées, appelé le vent solaire. Ce vent solaire interagit fortement avec la magnétosphère des planètes et contribue à nettoyer l'espace interplanétaire en éjectant les gaz et les poussières en dehors du système solaire. Les éruptions solaires envoient en permanence des particules de haute énergie dans l'espace et de temps en temps, une bulle de plasma radioactif et surchauffé atteint la Terre. Toutes les particules énergétiques émises par le Soleil en direction de la Terre, circulent à grande vitesse et sont ramenées en permanence vers les pôles de la magnétosphère. Ainsi le vent solaire ne frappe jamais la surface de la Terre directement.
Cette bulle magnétique nous met à l'abri des mortelles radiations solaires. Dans la ceinture de Van Allen, les particules énergétiques (protons et électrons) s'organisent autour de la Terre, en fonction de la puissance du champ magnétique. Ce champs magnétique agit comme un paravent détournant le courant électrique du vent solaire, qui s'écoule alors à l'extérieur de la magnétosphère.
Une exposition, même de courte durée, aux flux les plus denses de la ceinture de radiations de Van Allen, est fatale pour l'homme. Peu d'hommes ont été de l'autre côté de la magnétosphère face aux radiations solaires mortelles, seuls les astronautes d'Apollo qui se sont rendus sur la Lune ont traversé la ceinture de Van Allen. Même avec un blindage protecteur, l'exposition des astronautes a été limitée à moins d'une heure.

Image : La ceinture de Van Allen. Deux bandes géantes de radiations, appelées ceintures de Van Allen entourant la Terre, ont été découvertes en 1958. En 2012, les observations des sondes de Van Allen ont montré qu'une troisième bande peut parfois apparaitre. Les ceintures de radiations sont représentées ici en jaune, en vert, ce sont les espaces entre les ceintures de Van Allen. La plus grande partie des radiations s'écoule le long de la magnétosphère sans atteindre la surface terrestre, mais une petite partie s'infiltre au niveau des pôles austral et boréale où le champ géomagnétique est le plus faible, cela correspond à une zone annulaire appelée « zone aurorale », elle se situe entre 65 et 75° de latitude magnétique. Crédit: NASA / Van Allen Sondes / Goddard Space Flight Center.