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La technologie étant de plus en plus présente dans notre vie quotidienne, il est de plus en plus important de comprendre la météorologie spatiale et son impact sur la technologie.

Lorsque l’on entend « météo spatiale », on pense généralement à d’énormes explosions sur le Soleil – des éjections de masse coronale projetées vers la Terre, créant de magnifiques aurores boréales.

Cependant, le Soleil n’est pas le point de départ de tous les phénomènes météorologiques spatiaux.

L’éruption volcanique qui s’est produite aux Tonga en janvier 2022 était si importante qu’elle a créé des vagues dans la haute atmosphère qui ont constitué leur propre forme de météorologie spatiale.

Il s’agit de l’une des plus grandes explosions de l’histoire moderne, qui a eu des répercussions sur le GPS de l’Australie et de l’Asie du Sud-Est. Comme nous le décrivons dans notre nouvelle étude parue dans la revue Space Weather, l’éruption a provoqué une super « bulle de plasma » au-dessus du nord de l’Australie qui a duré des heures.

Un système de positionnement véritablement mondial
Si la plupart des gens disposent d’un récepteur GPS (système de positionnement global) sur leurs appareils (tels que les GPS et les smartphones), peu d’entre eux savent comment fonctionne réellement le GPS.

En fait, nos appareils écoutent les signaux radio émis par les satellites en orbite autour de la Terre. Grâce à ces signaux, ils calculent leur position par rapport aux satellites, ce qui nous permet de nous orienter et de trouver le pub ou le café le plus proche.

Les signaux radio reçus par nos appareils sont influencés par l’atmosphère terrestre (en particulier la couche appelée ionosphère), ce qui réduit la précision de la localisation. Les appareils courants ne sont précis qu’à quelques dizaines de mètres près.

Toutefois, les nouveaux systèmes de positionnement précis par satellite, utilisés dans les secteurs de l’exploitation minière, de l’agriculture et de la construction, peuvent avoir une précision de l’ordre de dix centimètres. Le seul hic, c’est que ces systèmes ont besoin de temps pour verrouiller leur position, ce qui peut prendre trente minutes ou plus.

Ce positionnement précis par satellite fonctionne en modélisant avec précision les erreurs causées par l’ionosphère terrestre. Mais dès que l’ionosphère est perturbée, elle devient compliquée et difficile à modéliser.

Par exemple, lors d’une tempête géomagnétique (une perturbation du vent solaire qui a un impact sur le champ magnétique terrestre), l’ionosphère devient turbulente et les ondes radio qui la traversent sont dispersées – comme la lumière visible qui se déforme et se disperse lorsqu’on regarde un lac dans des conditions agitées.

Une perturbation volcanique

Des études récentes ont montré que l’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a provoqué des turbulences dans l’ionosphère pendant quelques jours. La taille des ondes qu’elle a générées dans l’ionosphère était similaire à celles créées par les tempêtes géomagnétiques.

Bien que ces ondes aient influencé les données GPS dans le monde entier pendant les jours qui ont suivi l’éruption, leur impact sur le positionnement a été plutôt limité par rapport à un autre type de perturbation dans l’ionosphère – une « super bulle de plasma » qui s’est formée dans le sillage de l’éruption.

L’ionosphère est une couche de l’atmosphère terrestre située à une altitude d’environ 80 à 800 kilomètres. Elle est constituée de gaz contenant de nombreuses particules chargées électriquement, ce qui en fait un « plasma ».

Les bulles de plasma équatoriales sont des perturbations du plasma dans l’ionosphère qui se produisent naturellement la nuit au-dessus des régions de basse latitude.

Ces bulles de plasma se produisent régulièrement. Elles se forment en raison d’un phénomène appelé « instabilité de Rayleigh-Taylor généralisée ». Ce phénomène est similaire à celui qui se produit lorsqu’un fluide lourd repose sur un fluide moins lourd, et que des gouttes de ce fluide plus léger remontent dans le fluide lourd sous la forme de « bulles » (voir la vidéo ci-dessous).

En ce qui concerne les perturbations de l’ionosphère, le plasma est également contrôlé par des champs magnétiques et électriques.

En s’élevant, les bulles de plasma forment des structures étranges qui ressemblent à des cactus ou à des racines d’arbre inversées. En raison du champ magnétique terrestre, ces structures s’étendent en éventail au fur et à mesure que la bulle s’élève au-dessus de l’équateur.

Il en résulte que les bulles situées à haute altitude atteignent également des latitudes plus élevées. En général, les bulles de plasma s’élèvent à quelques centaines de kilomètres au-dessus de l’équateur, atteignant des latitudes comprises entre 15 et 20 degrés au nord et au sud.

Une bulle rare au-dessus de l’Australie

Les scientifiques ont détecté une super bulle de plasma au-dessus de l’Asie du Sud-Est peu après l’éruption des Tonga. On estime que sa taille est similaire à celle des superbulles rares signalées précédemment.

Le champ magnétique terrestre a transporté cette perturbation vers le sud, où elle s’est attardée pendant quelques heures au-dessus de Townsville, dans le nord-est de l’Australie.

À ce jour, c’est l’endroit le plus au sud où une bulle de plasma ait été observée au-dessus de l’Australie. Bien que très rares, de telles super-bulles sont connues pour avoir eu lieu au-dessus du nord de l’Australie, mais elles n’avaient pas été observées directement avant cet événement.

Ce n’est que récemment que le déploiement de stations GPS dans le nord de l’Australie a rendu possible ce type d’observation.

Il semble que les ondes provoquées par l’éruption volcanique aient perturbé les vents dans la haute atmosphère, modifiant le flux de plasma dans l’ionosphère et donnant naissance à la super bulle de plasma.

Notre étude a révélé que la bulle a entraîné des retards importants dans l’utilisation d’un GPS précis dans le nord de l’Australie et en Asie du Sud-Est. Dans certains cas, il a fallu plus de cinq heures de plus pour verrouiller la position GPS à cause de la bulle de plasma.

Bien que nous comprenions beaucoup de choses sur l’ionosphère, notre capacité à prévoir ses perturbations reste limitée. La multiplication des stations GPS permet non seulement d’améliorer le positionnement et la navigation, mais aussi de combler les lacunes dans la surveillance de l’ionosphère.

L’éruption de Tonga était loin d’être un phénomène typique de « météorologie spatiale » causé par le Soleil. Mais son impact sur la haute atmosphère et le GPS souligne l’importance de comprendre comment l’environnement influe sur les technologies dont nous dépendons.
Brett Carter, professeur associé, RMIT University ; Rezy Pradipta, chercheur principal, Boston College, et Suelynn Choy, professeur.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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