L’éruption solaire extrême de mai 2024 a créé deux ceintures de radiation temporaires autour de la Terre, selon de nouvelles données d’observation. Situées entre les ceintures de Van Allen, elles présentent des caractéristiques inhabituelles témoignant de la puissance de la tempête qui les a générées. Leur présence prolongée pourrait constituer un risque supplémentaire pour les engins spatiaux et les astronautes.
Les ceintures de Van Allen sont des ceintures de radiation permanentes entourant la Terre et maintenues par le champ magnétique terrestre. Situées bien au-dessus de l’équateur, elles sont composées d’un mélange de protons et d’électrons à haute énergie. Il n’est pas rare que des ceintures de radiation temporaires se forment suite à une puissante éruption solaire.
Ces ceintures temporaires ont été détectées pour la première fois en 2013 par les sondes Van Allen de la NASA. Elles apparaissent généralement entre les deux ceintures permanentes. Cependant, les récentes ceintures issues de la tempête solaire de mai 2024 ont surpris les astronomes à la fois par leur composition et par leur durée de vie inhabituelles.
« Lorsque nous avons comparé les données d’avant et d’après la tempête, je me suis dit : ‘waouh, c’est quelque chose de vraiment nouveau’ », a déclaré dans un article de blog de la NASA Xinlin Li, auteur principal de l’étude et professeur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) et au Département des sciences de l’ingénierie aérospatiale de l’Université du Colorado, à Boulder.
Des compositions et des durées de vie inhabituelles
Le mois de mai 2024 a enregistré une série d’éruptions solaires extrêmes, dont l’une des plus puissantes du cycle solaire actuel (cycle solaire 25). Elle a déclenché la plus puissante tempête géomagnétique depuis mars 1989, projetant des vagues successives de particules à haute énergie. Cela a provoqué des aurores visibles jusqu’aux basses latitudes, figurant parmi les plus spectaculaires des 500 dernières années.
Les ceintures de radiation que l’éruption a générées ont été détectées par le Colorado Inner Radiation Belt Experiment (CIBRE), un petit satellite cubique de la taille d’une boîte à chaussures. Ce satellite survolait les pôles magnétiques de la Terre entre avril 2023 et octobre 2024 et abritait le Relativistic Electron Proton Telescope Integrated Little Experiment-2 (REPTile-2), une version réduite de l’instrument de détection des sondes Van Allen.
Après seulement un an dans l’espace, le satellite a soudainement cessé de fonctionner, le 15 avril 2024, suite à un problème technique. Il n’a donc pas pu enregistrer la tempête solaire en temps réel et les astronomes ont dû s’appuyer sur d’autres instruments pour obtenir les premières données concernant les ceintures de radiation. Néanmoins, CIBRE a eu un moment inattendu de réactivation le 15 juin 2024 et a pu collecter des données à son tour. D’après les chercheurs, la résolution obtenue est largement supérieure à celle de tout autre instrument, ce qui a permis d’établir avec précision les caractéristiques des ceintures.
« Une fois que nous avons repris les mesures, nous avons pu voir la nouvelle ceinture d’électrons, qui n’était pas visible dans les données des autres engins spatiaux », indique Li. D’après les résultats, détaillés dans Journal of Geophysical Research: Space Physics, l’une des ceintures était principalement composée d’électrons, tandis que la seconde (la plus interne) est composée de protons énergétiques. Cette composition inhabituelle serait probablement due à la fois à l’intensité et à la composition de l’éruption solaire.
D’autre part, elles semblent avoir duré beaucoup plus longtemps que celles précédemment détectées. La ceinture composée principalement d’électrons a duré plus de trois mois (contre environ quatre semaines pour les précédentes), tandis que celle composée de protons a perduré beaucoup plus longtemps et pourrait même être encore présente aujourd’hui. Cette persistance serait due au fait que la seconde ceinture se situe au niveau d’une région plus stable, moins sujette aux perturbations physiques.
« Ce sont des électrons et des protons à haute énergie qui ont trouvé leur chemin dans l’environnement magnétique interne de la Terre », explique David Sibeck, ancien scientifique de la mission Van Allen Probes et chercheur au Goddard Space Flight Center, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. « Certains pourraient rester à cet endroit pendant très longtemps », affirme-t-il.
La durée de vie des ceintures de radiation temporaires dépend également du passage d’autres tempêtes solaires. Certaines peuvent fournir suffisamment d’énergie pour « souffler » les ceintures de leur orbite et les projeter dans l’espace ou sur Terre. Une éruption survenue en juin 2024 a par exemple légèrement entamé la ceinture d’électrons et une autre survenue en août de la même année l’a presque totalement fait disparaître. La ceinture de protons, quant à elle, est restée quasiment intacte en raison de sa situation.
Des impacts potentiels sur les appareils en orbite et les astronautes
La présence prolongée de ces ceintures pourrait avoir des répercussions sur les engins spatiaux en orbite géostationnaire et sur les astronautes. En effet, les particules à haute énergie qu’elles contiennent peuvent endommager les composants électriques des dispositifs et exposent les astronautes à des niveaux dangereux de radiation.
Les électrons de la première ceinture présentaient des niveaux d’énergie compris entre 1,3 et 5 mégaélectronvolts, tandis que ceux des protons allaient de 6,8 à 20 mégaélectronvolts. Les prochains programmes de lancement spatial devront ainsi tenir compte de la présence de ces ceintures afin d’en assurer la sécurité. En particulier, les engins envoyés en orbite géostationnaire doivent être dotés de protections supplémentaires, car ils traversent plusieurs fois les ceintures de Van Allen avant d’atteindre leur position finale.
Quant à CIRBE, sa réactivation n’a malheureusement été que de courte durée. La tempête solaire de mai 2024 a augmenté la traînée atmosphérique du satellite, ce qui l’a dévié de son orbite. L’engin est descendu toujours plus bas dans l’atmosphère jusqu’à finalement se désintégrer en octobre 2024.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
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