Magnétosphère de la Terre

Magnétosphère terrestre

La magnétosphère terrestre est l'espace entourant la Terre au-delà des couches de l'atmosphère, entre 700 et 65 000 km de la surface. Cette frontière, la magnétopause est la membrane qui nous isole de l'espace interplanétaire dominé par le vent solaire.
Dans cet espace se trouve le champ magnétique terrestre semblable à un cocon entourant la Terre. Dans cette zone appelée 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. Le vent solaire est essentiellement constitué d'ions et d'électrons chargés d'une énergie considérable et expulsés à la vitesse de ≈450 km/s, par les réactions thermonucléaires de notre étoile.
La pression du vent solaire comprime la partie de la magnétosphère terrestre qui est face au Soleil, et étire la région de la magnétosphère située à l'arrière, à l'opposé du Soleil. La magnétosphère de la Terre fut décrite en 1958 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 est constituée de deux parties 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.
Toutes les particules énergétiques 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.
Nous vivons donc dans une bulle magnétique à l'abri des mortelles radiations solaires.

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.
Comme un airbag invisible, notre magnétosphère est une barrière défensive essentielle, un véritable bouclier magnétique. Mais ce bouclier magnétique n'est pas homogène, il évolue en permanence et se modifie dans le temps à la suite de phénomènes physiques complexes qui se produisent dans le noyau. Le champs géomagnétique généré à plus de 3 000 km sous la surface jaillit du pôle magnétique sud, encercle toute la planète et plonge sous terre vers le noyau, au niveau du pôle magnétique nord. 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 actuellement entre 65 et 75° de latitude magnétique. Lorsque les particules solaires s'infiltrent dans ces anneaux, elles entrent en collision avec les gaz neutres de l'atmosphère, des phénomènes lumineux colorés sont alors visibles, plus le vent solaire est puissant et plus ces voiles lumineux sont spectaculaires. Ces voiles lumineux caractéristiques apparaissent comme un rideau de lumière diffus qui va se déplacer très rapidement et s'intensifier jusqu'à faire apparaitre d'immenses raies de lumière impressionnantes. La longueur de l'aurore peut mesurer plusieurs milliers de kilomètres, mais sa largeur généralement ne dépasse pas 100 mètres. Cette beauté trompeuse est la représentation d'un véritable combat entre les particules mortelles du vent solaire et les particules protectrices de l'atmosphère terrestre.

Image : Le champ magnétique de la Terre généré à plus de 3 000 km sous la surface jaillit du pôle magnétique sud, encercle toute la planète et plonge sous terre au niveau du pôle magnétique nord.
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. Le nord géographique et le nord magnétique ne correspondent pas, le nord magnétique se trouve au Canada mais il n'est pas fixe il se déplace d'une quarantaine kilomètres chaque année.

L'anomalie de l'atlantique sud ou SAA

Sans magnétosphère la planète serait directement touchée par ces particules énergétiques. Cependant il existe un endroit sur Terre mal protégé où le champ magnétique s'est considérablement affaibli.
Cette zone se situe au large des côtes brésiliennes, elle est baptisée l'anomalie de l'atlantique sud ou SAA, elle couvre 7 800 000 km2 (soit ≈2 780 km par 2 780 km) et elle ne cesse de s'étendre.
De plus les scientifiques ont remarqué que dans cette zone le champ magnétique s'est inversé et les radiations solaires entrent dans la haute atmosphère plus profondément.
Au-dessus de cet endroit fragilisé, le rayonnement cosmique se rapproche de plus en plus près de la surface terrestre. Dans cette zone, à l'altitude où volent les avions les rayonnements solaires sont moins filtrés.
A 560 km d'altitude certains instruments du télescope spatial Hubble sont éteints pendant la traversée de la zone.
Les scientifiques ont quelques explications concernant l'anomalie de l'atlantique sud.

Une étude sur les magnétites figées dans des poteries anciennes en argile a montré qu'il y a 400 ans le champ magnétique terrestre était 10% plus fort qu'aujourd'hui. Avant chaque inversion du champ magnétique terrestre il y a une diminution de son intensité. Si la SAA est la manifestation de l'inversion du champs magnétique, nous allons assister à une nouvelle inversion ?
L'évolution du champ géomagnétique sur des milliers d'années a été analysée dans les carottes de lave volcanique car la lave refroidie conserve l'orientation et la puissance du champ magnétique de l'époque. Elles montrent ainsi les inversions de polarisation du champ. Les géophysiciens en ont répertorié 18 000 au cours des derniers 28 millions d'années et à chaque fois l'intensité du champ baisse de façon significative.
La dernière inversion a eu lieu il y a 750 000 ans et de nombreux scientifiques pensent qu'on assiste actuellement à une nouvelle et brusque inversion qui aura des conséquences considérables sur la vie sur Terre. On verra de plus en plus d'aurores polaires dans des endroits où il n'y en avait pas avant.

Où est généré le champ magnétique ?

Les scientifiques cherchent à comprendre comment fonctionne le champ magnétique. Le champ géomagnétique de la Terre est probablement généré par les interactions entre le noyau interne et externe, riches en fer, qui créent une dynamo géante. C'est elle qui génère un champ magnétique puissant et stable. Les lignes de l'image ci-contre représentent les flux magnétiques qui jaillissent du pôle sud du noyau et retournent dans la sphère terrestre par le pôle nord.
Dans le noyau terrestre, les courants du noyau interne solide de la Terre chauffent le noyau externe liquide créant ainsi des courants de particules autour du métal en fusion qui montent et redescendent lentement.
Sous l'effet de la rotation de la Terre ces courants tournent sur eux-mêmes créant le champ magnétique qui jaillit à la surface et s'étend dans l'espace environnant.
La Terre se refroidie lentement et lorsque qu'elle aura perdu sa chaleur interne, le noyau liquide se solidifiera et les courants s'arrêteront de circuler.

Mars ne possède pas de champ magnétique global mais des régions faiblement magnétisées. Des mesures faites sur des échantillons de météorites martiennes ont montré que Mars a du perdre son champ magnétique, car durant les premiers 50 millions d'années Mars possédait un champ magnétique puissant. Les scientifiques ignorent ce qui a fait disparaitre le champ magnétique martien.
Mars exposée aux vents solaire est devenue la planète rouge stérile que nous connaissons aujourd'hui.
Mars deux fois plus petite que la Terre s'est refroidie plus vite et la dynamo s'est arrêtée signant l'arrêt de mort de la planète.