#28. L’accélération des électrons dans les aurores
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| Quelques scientifiques ingénieux (par exemple l’expérience Franco Russe
"araks" et "Project Echo" de l’université du minnesota)
ont en fait monté des pistolets à électrons sur des fusées
de haute haltitude et les ont utilisés pour créer des zones d’ "aurores
artificielles " dans la haute atmosphère. Des aurores artificielles
ont aussi été crées par des électrons libérés par les explosions
nucléaires réalisées en haute altitude entre 1958 et 1962. Visibles
d’Hawaii, de Samoa et au large des iles des Açores, ces aurores
artificielles étaient placées trop près de l’équateur pour correspondre
à des aurores naturelles. De tels tests sont maintenant bannis
par des accords internationaux.
Piège à ions O+Les preuves indiscutables de l'existence des aurores naturelles datent de 1976 et proviennent du satellite S3-32 de l’US Air Force . Une tension qui accélère les électrons négatif vers le bas accélère aussi des ions positifs vers le haut. Quand les instruments à bord de S3-3 détèctèrent des ions positifs d’oxygène lancés vers le haut dans la zone aurorale, les scientifiques ont réalisé que le pistolet à électrons (ou du moins une partie) devait s'être situé en dessous de l’engin. Les ions O+ sont les ions principaux dans l’ionosphère (avec un maximum aux alentours de 200 km ou 120 miles), mais depuis 1971 ils ont aussi été observés dans les courant annulaires, à des energies bien plus grandes que celles des ions oxygène dans l’ionosphère. S3-3 a seulement découvert le lien entre ces deux populations d’ions.Le satellite S3-3 n’était pas dans une orbite particulièrement haute et les ions O+ étaient typiquement observés à des altitudes de l’ordre du rayon terrestre (environ 6000 km ou 4000 miles). Si le "pistolet à électrons " était en dessous de cette altitude, il serait étonnamment proche de la terre et non dans la queue magnétique lointaine où nombre de scientifiques le recherchait. Chutes de tension le long des lignes de champ magnétiquesUne explication possible implique une association serrée entre les arcs des aurores et les courants électriques qui coulent le long des lignes de champ entre l’ionosphère et l’espace (courants de Birkeland ). De tels courrants sont généralement véhiculés par des électrons, qui étant négatifs, voyagent dans une direction opposée à celle du courant électrique. Quand le courant s’écoule vers le bas, les électrons se déplacent vers le haut, extraits de l’ionosphère où ils sont assez abondants. Les lignes de champ magnétiques s’écartent les unes des autres dans cette direction : le champ devient plus faible avec la distance, et il est assez facile pour les électrons de sortir.Ce n'est pas le cas lorsque le courant s’écoule vers le haut (p uisque tous les courants s’écoulent en circuit fermé, s'il existe quelque part un courant qui s’écoule vers le bas, il doit y avoir ailleurs un écoulement ascendant) . Dans ce cas, les électrons descendent de l’espace vers la terre. C’est la direction dans laquelle les lignes de champs convergent et le champ magnétique devient plus intense, et comme il a été dit dans l'explication du "piège de particule", les électrons tendent à être réfléchis par de telles régions. Cela produit une résitance supplémentaire à l’écoulement du courant. Contrairement aux courants annulaires, portés par le plasma navigant à travers l’espace, les courants électriques qui s’écoulent à l’intérieur et à l’extérieur de l’ionosphère nécessitent une tension qui les contrôle et un apport d’énergie continu. Après tout, une partie de leur circuit s’étend dans l’ionosphèe, laquelle (comme un fil de cuivre et l’eau de mer) résiste à l’écoulement de l’électricité et ne permet pas au courant de s’écouler sauf si les deux conditions ci-dessus sont assurées. La région de convergence des lignes de champ est à l'origine d'une "force miroir" qui gène aussi les courants ascendants. La nature arrive à vaincre cet effet en allouant une partie de la tension électrique (typiquement 5-15000 volts) pour aider le courant à travers le goulot d’étranglement de ce circuit. C’est la tension qui accélère les électrons des aurores (et dans ce processus aussi quelques ions oxygène), et il a été montré dans le début des années 1960 par Hannes Alfvén, prix Nobel suédois et par son associé Hans Persson, que de tels tensions seraient concentrées dans les lignes de champ magnétique proche de la terre. Cependant, l’histoire n'est pas terminée. D’autres processus d’accélération sont aussi à l’œuvre : les ions oxygènes semblent être accélérés non pas le long des lignes de champ mais perpendiculairement à elles. Ces processus accroissent l’énergie avec laquelle les ions encerclent les lignes qui les guident. Une variété d’ondes de plasma associées aux aurores peuvent aussi être impliquées dans ces processus.
Mise à jour- décembre 1998Récemment, le satellite de la NASA "FAST" (Fast Auroral Snapshot explorer) a dévoilé quelques détails du processus. FAST a été lancé en Août 1996 et (comme son nom l’indique) a été concu pour détecter les variations rapides lorsqu’il vole à travers les arcs auroraux. Les courants ascendants et descendants qui accélèrent les électrons ont été trouvés–les courants ascendants "tirent" les électrons de plusieurs KeV vers le bas dans l’atmosphère (le processus décrit ci dessus), mais les courants descendants accélèrent aussi les électrons, vers le haut, avec plusieurs centaines d’eV. En plus des faisceaux d’ions accélérés, les deux directions ont fait remarqué des coniques, apparement accélérées par un processus ondulatoire. |
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Dernière mise à jour : 5 juin 1996
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