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En permanence, le vent solaire — un flux de particules chargées de haute énergie provenant du Soleil — frappe la Terre, et une grande partie de celui-ci est déviée par le champ magnétique terrestre. Dans certains cas, une fraction de ce flux atteint la ionosphère et provoque des aurores polaires. Mais cette interaction constante entre vent solaire et magnétosphère entraîne une autre conséquence : la fuite d’une partie du plasma ionosphérique terrestre dans l’espace ; un phénomène appelé vent polaire ou fontaine de plasma. 

De manière continuelle, le Soleil émet des bouffées de plasma en direction de la Terre, composées d’ions et d’électrons dont l’énergie et l’intensité dépendent de l’activité solaire. Lorsque ces particules frappent la magnétosphère, une zone dominée par le champ magnétique terrestre, elles sont déviées le long des lignes de champ de part et d’autre de la planète. Ainsi, le champ géomagnétique constitue un véritable bouclier contre le vent solaire.

Cependant, les particules solaires possèdent suffisamment d’énergie pour pénétrer l’ionosphère terrestre et transférer une partie de cette énergie aux molécules constituant la haute atmosphère. Ces interactions arrachent des électrons à ces dernières, qui sont alors ionisées, et acquièrent une énergie cinétique suffisante pour être éjectées dans l’espace.

vent solaire atmosphere

Illustration montrant le phénomène de vent polaire ou fontaine de plasma. La zone jaune pâle au-dessus du pôle Nord indique le plasma ionisé d’oxygène, hélium et hydrogène s’échappant dans l’espace. La zone verte est une aurore boréale produite par l’interaction entre le vent solaire et l’ionosphère. Crédits : NASA

En effet, pour pouvoir s’échapper, ces ions doivent atteindre la vitesse de libération terrestre, soit 11.2 km/s. Une grande majorité des ions éjectés dans l’espace restent liés au champ magnétique de la Terre, où ils constituent une partie de la ceinture de radiation de Van Allen, l’autre partie étant composée des particules du vent solaire captées et piégées par le champ magnétique terrestre.

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Ce mécanisme de fuite du plasma ionosphérique dans l’espace a été initialement proposé par les physiciens Ian Axford, Peter M. Banks et Thomas E. Holzer en 1968, comme explication au paradoxe du bilan de l’hélium terrestre. Ce dernier consiste en le fait que l’hélium atmosphérique soit produit plus rapidement qu’il ne s’échappe depuis la haute atmosphère. Le fait que l’hélium puisse être ionisé par le vent solaire et soit éjecté serait une possible solution au paradoxe.

Le terme de « vent polaire » a été choisi car le processus est similaire à la manière dont le vent solaire s’échappe de la couronne solaire. Les particules émises depuis cette dernière suivent un trajet bien défini le long des lignes du champ magnétique solaire, avant de s’échapper dans l’espace. Le phénomène est similaire sur Terre, où les ions éjectés suivent également les lignes du champ géomagnétique.

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