La Géocouronne
La plupart des ions retenus dans les orages magnétiques, particulièrement ceux de basses énergies, disparaissent en quelques jours. Ils sont détruits en entrant en collision avec la partie externe de l'atmosphère de la terre, un énorme nuage d'hydrogène connu sous le nom de geocouronne se prolongeant à 4-5 rayons de la terre. Il a été photographié en 1972 (image ci-dessous) par les astronautes d'Apollo sur la lune, en utilisant un appareil-photo à ultra-violet- développé par George Carruthers et son équipe au US Naval Observatory.
Ce processus de perte implique ce que l'on appelle des collisions échangeant leurs charges. .
Les atomes neutres d'hydrogène de la geocorona se déplacent très lentement et ont beaucoup moins d'énergie que les ions du courants d'anneau (s'ils en avaient plus, la pesanteur de la terre ne les retiendrait pas!). Une collision aboutit souvent à transférer un électron à partir de l'atome d'hydrogène vers un ion du courant d'anneau, sans grand changement de l'énergie des particules.
L'atome d'hydrogène, ayant perdu un électron, devient un ion (proton) qui de par son énergie moindre, contribue très peu au courant d'anneau. De plus l'ion du courant d'anneau qui a gagné un électron est maintenant neutralisé, devenant un atome neutre, rapide avec beaucoup d'énergie.
Depuis la terre, le champ magnétique ne pouvant que capter les particules chargées, l'atome rapide disparaît donc habituellement dans l'espace lointain. De cette façon ce processus "d'échange de charge" enlève au fur et à mesure les particules nouvellement apportées au courant d'anneau. Seules les plus énergiques y restent, puisque leur probabilité de subir l'échange de charge est beaucoup plus faible.
Ce processus a une application originale : l'observation à distance du courant d'anneau, un peu comme les astronomes observent les étoiles dans leurs télescopes. Ils se servent de la lumière, qui se déplace en ligne droite. De même, si on pouvait construire un appareil-photo sensible aux atomes neutres énergiques (ENA) créés dans le courant d'anneau par l'échange des charges, il pourrait observer le courant d'anneau, puisque les ENA se déplacent aussi en ligne droite.
En fait, le lancement de la mission "Image", équipée d un appareil-photo de ce type, est programmée pour l'année 2000. c'est un exploit techniquement assez difficile , compte-tenu du faible nombre d'ENA en provenance du courant d'anneau, particulièrement à l'extérieur des orages magnétiques. Une expérience pilote de ce type a fonctionné pendant cinq semaines à bord du satellite suédois Astrid, lancé en décembre 1994, et a donné quelques images très simples d'ENA.
Orages et Sous-Orages
Quelle est l'origine des orages magnétiques ?
Les Sous-Orages ont été maintenant étudiés de nombreuses années, de l'espace ou de la terre. Leurs détails varient d'un événement à l'autre, jamais identiques, comme les orages de l'atmosphère, mais beaucoup de scientifiques ont cependant conclu qu'ils sont un mode fondamental de dégagement d'énergie et d'accélération de particules.
Le déclenchement des Orages Magnétiques
est en principe bien connu - coïncidant souvent avec l'arrivée d'un choc interplanétaire. Leur effet principal sur la magnétosphère est l'injection de nombreux ions et électrons énergiques depuis la queue, augmentant significativement le courant d'anneau. Mais les sous-orages injectent également ce genre de particules, comme l'ont montré en 1971 les instruments d' ATS-1, un satellite synchrone de communication expérimental, aussi équipé d'une charge utile scientifique. De nombreux autres satellites ont depuis lors étudié les apports des sous-orages, confirmant que ceux-ci injectent aussi des ions et des électrons dans le courant d'anneau - sur un mode de pénétration plus doux et moins étendu, avec une énergie moyenne plus faible.
Mis à part son apparition soudaine, un orage magnétique est-il surtout une série de vastes et intenses sous-orages? Il semble que ce fut l'idée de Sydney Chapman (1888-1970), spécialiste des orages magnétiques, qui a créé le terme "sous-orages" pour bien souligner cette idée. Chapman note en 1963 que le même orage qui simplement croit et décroît s'il est suivi par des observatoires proches de l'équateur, par exemple Hawaï, semble se décomposer en Alaska en un certain nombre de "sous-orages distincts."
Cependant il y a parfois des sous-orages autonomes (S. Akasofu, éléve de Chapman l'a découvert assez vite). Ils n'ont pas besoin d' un stimulus important : Dans les périodes orientées au sud du champ interplanétaire, la queue semble atteindre rapidement le point d'instabilité, et des variations minimes du vent solaire peuvent alors déclencher un sous-orage. Certes des sources très puissantes sont à l'origine des orages magnétiques, comme l'arrivée de chocs interplanétaires, mais ils semblent aussi qu'il faille (habituellement) un IMF orienté au sud. Un choc puissant coïncidant avec un IMF au nord peut ébranler la magnétosphère, mais pas au point de créer un orage. Il y a encore beaucoup à éclaircir.
M-Régions et trous coronaux
La relation entre orages magnétiques et taches solaires fut bien établie au début du siècle. Si de vastes taches solaires actives sont visibles, de grands orages magnétiques sont probablement imminents. En terminologie actuelle on pourrait dire que le champ intense des taches solaires peut mener à des dégagements brutaux d'énergie magnétique, sous forme de
La relation entre taches solaires et plus petits orages magnétiques était cependant moins sûre. En 1904 E.W. Maunder, de l'observatoire royal de Greenwich, Angleterre, proposait que nombre de ces orages soient de nature entièrement différente,
ayant tendance à se reproduire par intervalles de 27 jours, la période de la rotation du soleil. Comme si certains régions du soleil en rotation nous envoyaient les orages. Mais, l'analyse de ces régions les ont montré sans particularité, sans aucune tache solaire. Les astronomes les ont nommées "régions M" (M pour magnetic storm), et pendant longtemps personne n'a eu de nouvelles indications à leur sujet.
Une décennie plus tard, en 1973, les astronautes de la station spatiale Skylab observent le soleil aux rayons X "doux". Des images, comme celle de droite, prises par le satellite japonais Yohkoh, accentuent les points chauds de la corona :
Aux rayons X, dans la corona, les régions lumineuses ont été souvent associées aux taches solaires, qui (semble-il) trouvent une énergie supplémentaire dans les régions situées un peu au-dessus d'elles. Par contre, les impalpables "Régions M" se sont avérées être les
secteurs foncés intermédiaires, dits "trous coronaux." Il semble que les arches et les boucles des lignes de champ magnétique sont liées aux taches solaires emprisonnées et retiennent le plasma solaire, empêchant son expulsion sous forme de vent solaire. D'autre part le champ magnétique est moins intense dans les "trous coronaux", et les lignes de champ, directement au contact de l'espace, représentent un itinéraire facile le long duquel le vent solaire pourrait peut s'écouler. Bien que ces régions soient plus froides que leurs voisines, ils sont de meilleures sources de vent solaire. Les calottes polaires solaires sont situées loin des ceintures des taches solaires et forment deux très grands "trous coronaux". On s'attendait donc que le vent solaire qui en est issu soit rapide et régulier, prévision confirmée par Ulysses. Les "trous" qui produisent les rapides jets de vent solaire vers la terre proviennent généralement des régions polaires.
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