Les tempêtes solaires laissent leur empreinte sur les rayons cosmiques qui atteignent la Terre
Une nouvelle étude a révélé un lien inattendu entre les tempêtes solaires et le flux de rayons cosmiques de très haute énergie arrivant sur Terre. Cette découverte, réalisée grâce à l’un des plus grands détecteurs de rayons cosmiques au monde, pourrait ouvrir une nouvelle voie pour sonder les structures magnétiques à l’intérieur des tempêtes solaires et, à terme, améliorer notre capacité à prévoir leurs effets sur notre planète. Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
Des particules venues des profondeurs de l’espace
Le champ magnétique terrestre est constamment bombardé par des particules chargées extrêmement énergétiques provenant de deux sources bien distinctes.
La première est constituée des rayons cosmiques galactiques, qui arrivent de toutes les directions de la Voie lactée. La seconde provient des tempêtes solaires, de violentes éruptions du Soleil qui projettent dans l’espace d’immenses nuages de plasma magnétisé.
Jusqu’à présent, les scientifiques considéraient généralement ces deux phénomènes comme indépendants.
Ils savaient déjà que les tempêtes solaires pouvaient réduire le nombre de rayons cosmiques de faible énergie atteignant la Terre, ceux-ci étant piégés par les champs magnétiques tourmentés des éjections solaires.
En revanche, les rayons cosmiques de très haute énergie étaient réputés beaucoup trop énergétiques pour être influencés. On pensait qu’ils traversaient ces structures magnétiques pratiquement sans être déviés.
Un gigantesque détecteur révèle un phénomène inédit
Le détecteur chinois LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) enregistre chaque heure plusieurs centaines de millions de rayons cosmiques dont l’énergie atteint plusieurs téraélectronvolts (TeV), soit environ 10 000 fois supérieure à celle des particules étudiées dans les travaux précédents.
Cependant, observer l’influence d’une tempête solaire sur ces particules extrêmement énergétiques représentait un véritable défi. Les variations météorologiques de l’atmosphère terrestre peuvent en effet produire des fluctuations qui ressemblent à de véritables variations du flux de rayons cosmiques.
Les chercheurs ont donc développé une nouvelle méthode d’analyse permettant d’éliminer ces effets atmosphériques parasites. Grâce à cette approche, ils ont finalement réussi à mettre en évidence une signature jusqu’alors invisible.
Les tempêtes solaires modifient aussi les rayons cosmiques les plus énergétiques
Les scientifiques ont découvert que certaines tempêtes solaires laissent une empreinte mesurable même sur les rayons cosmiques les plus énergétiques.
Cette influence est très faible, mais suffisamment nette pour être détectée par les instruments modernes.
Cette observation montre que les champs magnétiques transportés par les éjections de masse coronale (CME) sont capables d’affecter des particules beaucoup plus énergétiques que ce que prévoyaient les modèles théoriques actuels.
Depuis plusieurs décennies, des chercheurs étudient l’hypothèse selon laquelle les rayons cosmiques pourraient favoriser la formation de certains noyaux de condensation des nuages. Si ce mécanisme existe effectivement en laboratoire, les observations réalisées dans l’atmosphère montrent que son impact sur la couverture nuageuse et sur la météo est très faible. À ce jour, aucune preuve scientifique solide ne permet d’affirmer qu’une tempête solaire puisse déclencher une vague de froid, une canicule, des orages ou modifier durablement les conditions météorologiques.
En revanche, les tempêtes solaires influencent bien la haute atmosphère terrestre. Elles peuvent modifier temporairement la température, la densité et la composition de la thermosphère et de l’ionosphère, situées à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres d’altitude. Ces changements affectent principalement les technologies spatiales et les systèmes de navigation, mais leurs répercussions sur la météo observée au sol restent négligeables.
Une nouvelle façon d’étudier les tempêtes solaires
Cette découverte ouvre une perspective totalement nouvelle.
Plutôt que d’observer uniquement les particules émises par le Soleil lui-même, les chercheurs pourraient utiliser les rayons cosmiques galactiques comme une sorte de sonde naturelle.
Lorsque ces particules traversent une tempête solaire, elles conservent une signature des champs magnétiques qu’elles ont rencontrés.
En analysant précisément ces infimes variations, il deviendrait possible de mieux reconstituer la structure interne des nuages de plasma émis par le Soleil.
Une meilleure connaissance de ces structures pourrait conduire à des prévisions plus fiables des tempêtes géomagnétiques susceptibles d’affecter :
- les satellites ;
- les réseaux électriques ;
- les systèmes GPS ;
- les communications radio ;
- les missions spatiales habitées.
Une avancée importante pour la météorologie spatiale
Les auteurs estiment que cette méthode pourrait devenir un nouvel outil pour la météorologie spatiale.
En utilisant les rayons cosmiques galactiques comme des « traceurs » des champs magnétiques solaires, les chercheurs disposeront d’informations complémentaires sur les tempêtes solaires, en particulier durant leur trajet entre le Soleil et la Terre.
À terme, cette approche pourrait améliorer notre compréhension des phénomènes les plus violents produits par notre étoile et renforcer notre capacité à anticiper leurs conséquences sur les infrastructures technologiques de notre civilisation.
Adaptation Terra Projects
Sources :
Phys.org – Solar storms leave their mark on cosmic rays reaching Earth
Chinese Academy of Sciences (institution ayant participé aux travaux)
Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO)
American Physical Society – revue Physical Review Letters
Article scientifique (Physical Review Letters) (publication originale)
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