Magnétosphère
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© Gérard Bodineau
Notre planète possède une protection contre les particules provenant du Soleil : son champ magnétique naturel. S'il n'existait pas, les doses de radiations la rendraient parfaitement inhabitable. La Terre est à l'intérieur d'une cavité, la magnétosphère, qui dévie les flots de particules du vent solaire et des éruptions. Par ailleurs, l'atmosphère terrestre absorbe plus de la moitié du rayonnement solaire, ultraviolets compris, et aucun rayonnement X que le Soleil émet régulièrement ne parvient au sol.
La protection de la Terre contre les humeurs du Soleil, assurée par son champ magnétique naturel, n'est pas efficace à 100 %. Lors des éruptions et CME, les particules chargées qui arrivent au voisinage de la Terre sont déviées par la magnétosphère. Mais celle-ci possède un point faible : les hautes latitudes, tout particulièrement les pôles. Là, les lignes du champ magnétique convergent et forment une sorte d'entonnoir. Les protons peuvent s'y engouffrer.
Les CME, lorsqu'elles atteignent la Terre, s'accompagnent d'une onde de choc qui comprime la magnétosphère. Celle-ci peut être ramenée à 20 000 km à peine de la surface de la Terre. Par ailleurs, le champ magnétique du Soleil, qu'elles transportent, perturbe la magnétosphère terrestre.
La magnétosphère terrestre est une région facilement accessible aux satellites, qui peuvent mesurer in situ les caractéristiques du plasma : densité, degré d'ionisation, composition, distribution en énergie des particules, ondes, etc...
Le plasma dans le système solaire est caractérisé par une structure cellulaire avec des zones frontières fixes séparant des régions aux caractéristiques variées. Des transferts de masse et d'énergie sont observables entre ces régions.
Trois régions sont particulièrement intéressantes à étudier :
- les régions d'interface avec le vent solaire chaud (onde de choc, magnétogaine, magnétopause) où celui-ci est brusquement ralenti chauffé et dévié de sa trajectoire par le champ magnétique terrestre,
- les "réservoirs" de plasma froid que constituent l'ionosphère et la magnétosphère interne (plasmasphère)
- les régions d'accélération de particules, c'est à dire la queue magnétosphèrique et surtout les régions aurorales.
Les régions aurorales situées dans les deux hémisphères jouent un rôle particulier dans le fonctionnement de la "machine" magnétosphèrique, c'est à dire dans la formation et l'écoulement des courants qui connectent les différentes régions de la magnétosphère. On a pu ainsi vérifier que les courants les plus importants se trouvaient au niveau de l'ionosphère, c'est à dire là où les particules chargées sont entraînées par l'atmosphère neutre. Cependant il existe aussi des courants dans la magnétosphère externe et entre celle-ci et l'ionosphère. Leur connaissance est indispensable pour bien comprendre la dynamique des particules dans ces régions.
Par ailleurs la magnétosphère se caractérise par la présence de champs électriques et magnétiques, statiques et dynamiques. Les ondes électromagnétiques peuvent être extrêmement intenses comme par exemple, le rayonnement kilométrique auroral (AKR) : sa puissance est maximale vers 300 KHz et il constitue la source radio naturelle la plus intense émise par la Terre.
Tous ces champs interagissent entre eux ainsi qu'avec le milieu ambiant. Ils jouent donc un rôle clé dans le transport et le chauffage du plasma.
En définitive, l'environnement ionisé de la Terre est extrêmement complexe et nécessite différents programmes spatiaux mettant en œuvre plusieurs techniques de mesures et cela à différentes échelles.