Comment se forment les orages magnétiques terrestres?
Orage magnétique
Un orage magnétique, aussi appelé tempête magnétique ou encore tempête géomagnétique, est un phénomène lié aux variations de l'activité solaire qui aboutit à des fluctuations brusques et intenses du magnétisme terrestre. Ces fluctuations peuvent se répercuter dans l'ionosphère terrestre, créant par exemple, des aurores polaires.
Épisode méditerranéen
Le thalweg de courte longueur d'onde, propulse la masse d'air tropical sur la masse d'air continental, créant un forçage dynamique de grande échelle. L'air chaud et humide moins dense ne peut qu'être forcé de s'élever en altitude, se condensant en atteignant la troposphère créant des nuages d'orages. Ces orages s'alimentent continuellement en humidité, avec le maintien d'un flux d'air chaud et humide, créé par la convergence des flux de surface et de l'advection chaude. Simultanément, les reliefs bloquent l'avancée de ces orages, et engendre à leurs tours un forçage orographique qui vient se coupler avec le forçage dynamique. C'est dans cette zone précise, que les MCS en V ont le plus de chances de se former. Terre boule de neige
Ces carbonates ont des compositions chimiques atypiques, et présentent d'étranges structures de sédimentation, souvent interprétées comme des marques de vagues. Les mécanismes précis mis en jeu dans leur formation ne sont pas clairs, mais elle aurait pu être causées par un influx massif d'ions positivement chargés, ce qui pourrait se produire sous l'effet de l'érosion rapide associée à l'effet de serre extrême suivant une période boule de neige. Dans ces conditions, l'eau résultant de la fonte des glaces dissoudrait les grandes quantités de atmosphérique pour former de l'acide carbonique, et donc des pluies acides. Cela éroderait les silicates et les carbonates exposés (en particulier les débris transportés par les glaciers), libérant de grandes quantités de calcium, qui viendraient se précipiter sous forme de carbonates abiotiques ; la signature isotopique δC de ces carbonates vaut ; cette faible valeur témoigne d'habitude de l'absence de vie, la photosynthèse l'augmentant en général. Champ magnétique planétaire
Il attribue la génération du champ magnétique à des mouvements de fluides conducteurs : il s'agit de la partie liquide du noyau ferreux (noyau externe pour les planètes telluriques, et de l'hydrogène métallique dans le cas des planètes gazeuses. Le champ magnétique d'une planète est un phénomène auto-entretenu : ainsi, de façon contre-intuitive, il est nécessaire de le prendre en compte pour comprendre les phénomènes qui lui donnent naissance. Orage
Comme ils se reforment continuellement au même endroit, les orages à formation rétrograde donnent surtout des pluies diluviennes, causant des inondations, et une très forte activité électrique. Des rafales de vent violent et parfois de la grêle sont possibles mais rarement des tornades. Les orages en V sont parfois associés aux épisodes cévenols en automne au pourtour de la Méditerranée. Orage
Lorsque la force et la direction des vents augmentent avec l’altitude de façon linéaire, le courant ascendant de convection n’est plus à la même position que le courant descendant avec les précipitations. Ceci produit un front de rafale qui s’éloigne en arc du cœur de précipitations et repousse la zone d’ascension. Un surplomb de précipitations se forme donc généralement dans le quadrant sud-ouest de la cellule mère dans l’hémisphère nord alors que les vents dominants de surface viennent de cette direction. Comme le front de rafale se dissocie avec le temps de la cellule initiale en formant des cellules filles, le multi-cellulaire forme donc une ligne d'orages à différents stades de développement. Effets biologiques et environnementaux des champs électromagnétiques
Cet article traite des champs électromagnétiques du spectre de fréquence de 0 à 300 GHz (des champs statiques jusqu'aux radiofréquences) ; les pollutions dues aux rayonnements ionisants et à la pollution lumineuse n'y sont pas traitées.Le rayonnement solaire et stellaire produit des ondes électromagnétiques, très faibles par rapport à un rayonnement artificiel : environ . Les cellules vivantes génèrent des champs électriques et magnétiques la plupart du temps très faibles : on observe des niveaux de tension de , à la surface du corps et dans le cerveau, dans le cœur. Des cellules et organes spécialisés existent cependant chez certaines espèces leur permettant de produire des champs électriques plus puissants ; à titre d'exemple la torpille noire ("Torpedo nobiliana") peut produire des chocs électriques de et dépassant les . La différence des charges électrostatiques sont aussi parmi les sources naturelles. Les décharges électrostatiques (dont la foudre) sont les conséquences de ces différences de charge électrostatiques. Magnétosphère de Jupiter
Des arcs brillants et des spots apparaissent sporadiquement à l'intérieur de l'ovale principal. Ces phénomènes éphémères sont supposés être liés à l'interaction avec les vents solaires. Les lignes de champ magnétique dans cette région sont supposées ouvertes ou mappées sur la magnéto-queue. Les ovales secondaires observés à l'intérieur de l'ovale principal peuvent être liés à la frontière entre les lignes de champ magnétique ouvertes et fermées ou aux cornets polaires. Les émissions aurorales polaires sont similaires à celles observées autour des pôles de la Terre : dans les deux cas, elles apparaissent lorsque les électrons sont accélérés vers la planète par la chute de potentiel lors de la reconnexion du champ magnétique solaire avec celui de la planète. Les régions au sein des deux principaux ovales émettent la majorité des rayons X des aurores. Le spectre de ces rayons X auroraux est composé des raies d'oxygène et de soufre hautement ionisés qui apparaissent probablement quand ces ions, possédant une énergie de plusieurs centaines de kiloélectronvolts, sont précipités dans l'atmosphère polaire de Jupiter. La source de ces précipitations reste inconnue. Orage
Chaque cellule dure de mais la ligne orageuse peut durer des heures. La structure radar de ce type d’orage est caractérisée par des surplombs sur la partie sud-ouest d’une ligne de fort échos et ces surplombs semblent se déplacer dans cette direction alors que la ligne se déplace à 30° et 70 % de la vitesse des vents dans la couche où se produisent les orages. Tornade
La tornade se développe près du courant ascendant de l'orage se trouvant dans un environnement où les vents dans les premiers kilomètres de l'atmosphère changent non seulement de force, mais également de direction avec l'altitude. Les orages supercellulaires sont le plus souvent associés à des tornades en raison de la configuration particulièrement bien cisaillée des vents autour de ces derniers. Cependant, les vents descendants de lignes de grains ou les fronts de rafales entre les cellules d'orages multicellulaires peuvent aussi interagir pour en produire. Il arrive même parfois que de faibles tornades se développent dans le courant ascendant d'un cumulus bourgeonnant. Les cyclones tropicaux, où l'on retrouve des orages, sont également accompagnés de tornades lorsqu'ils entrent sur terre. Aurore polaire
Provoquées par l'interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère, les aurores se produisent principalement dans les régions proches des pôles magnétiques, dans une zone annulaire justement appelée « zone aurorale » (entre 65 et 75° de latitude). En cas d'activité magnétique solaire intense, l'arc auroral s'étend et commence à envahir des zones beaucoup plus proches de l'équateur. L'aurore polaire due à l'éruption solaire de 1859 est « descendue » jusqu'à Honolulu et jusqu'à Singapour en atteignant ainsi l'équateur terrestre. En octobre et , une aurore boréale a pu être observée dans le sud de l'Europe. Un phénomène d'ampleur exceptionnelle s'est produit le , visible en Amérique du Nord et en Europe du Nord. Les régions les plus concernées par ce phénomène restent le Groenland, l'Alaska, l'Antarctique, le nord du Canada, l'Islande, la Scandinavie, la Finlande, ainsi que dans les îles Shetlands au nord du Royaume-Uni. Source astrophysique de rayons X
La première image de la Terre dans les rayons X a été prise en mars 1996, avec le satellite en orbite Polar. Les particules énergétiquement chargées du Soleil causent les aurores polaires et dynamisent les électrons de la magnétosphère de la Terre. Ces électrons se déplacent le long du champ magnétique de la Terre, et frappent l'ionosphère de la Terre, produisant finalement des rayons X. Champ magnétique
La Terre, comme la plupart des planètes du Système solaire, possède un champ magnétique. Ce champ magnétique terrestre — qui protège la Terre en déviant les particules chargées issues du Soleil dans une région appelée magnétosphère — est principalement d'origine interne. On suppose qu'il est issu d'effets de convection de la matière située dans le noyau externe de la Terre, principalement composé de fer et d'un peu de nickel liquide. En particulier, des courants (bien que très faibles), parcourant le noyau induiraient ce champ magnétique, par un processus appelé effet dynamo. Période de Brunhes
On sait aujourd'hui que le champ magnétique terrestre s'est inversé à de nombreuses reprises (une à plusieurs fois par million d'années, mais très irrégulièrement), et l'on comprend à peu près pourquoi (la cause en est au comportement dit chaotique des équations magnétohydrodynamiques). Dans le passé géologique, se sont succédé diverses « périodes » (ou « chrones ») au cours desquelles le champ magnétique a gardé une même polarité, sinon tout le temps, du moins la plupart du temps. Magnétar
En 2001, il est estimé qu'une supernova sur dix donne naissance à un magnétar plutôt qu'à une autre étoile à neutrons ou à un pulsar. Les prérequis sont une rotation rapide et un champ magnétique intense avant l'explosion. Ce champ magnétique serait créé par un générateur électrique utilisant la convection de matière nucléaire durant les dix premières secondes environ de la vie d'une étoile à neutrons. Si cette dernière tourne suffisamment rapidement, les courants de convection deviennent globaux et transfèrent leur énergie au champ magnétique. Lorsque la rotation est trop lente, les courants de convection ne se forment que dans des régions locales. Orage
Il existe quatre types d'orages supercellaires, classés selon l'intensité des précipitations ou leur extension verticale :Un système convectif de méso-échelle (SCM) est un ensemble d'orages qui se répartissent avec le temps, en ligne ou en zones, pour former des entités qui peuvent occuper de plusieurs dizaines à quelques centaines de kilomètres de longueur ou de diamètre (méso-échelle). Ces systèmes météorologiques sont souvent associés avec du temps violent car les orages intenses qui les composent peuvent produire des pluies torrentielles causant des inondations, des vents de plus de et parfois de la grosse grêle. Ces phénomènes, même s'ils ont une durée de vie en général plus limitée que ceux produits par les dépressions synoptiques, affectent quand même de larges zones à cause du déplacement du système. Atmosphere-Space Interactions Monitor
Les phénomènes lumineux transitoires (TLE) sont des éclairs lumineux visibles en haute atmosphère et accompagnant les orages. Les TLE sont des phénomènes de fluorescence optique, provoqués par des décharges électriques au cours d'orages sous-jacents. Ils durent généralement entre moins d'une milliseconde et plus de 2 secondes. Ces phénomènes sont en grande partie incompris. Ces décharges peuvent monter très haut dans la stratosphère et peuvent contribuer à nous faire comprendre comment l'atmosphère de la Terre nous protège des rayonnements venant de l'espace. Source astrophysique de rayons X
Sur Terre, les aurores sont déclenchées par des tempêtes solaires de particules énergétiques, qui perturbent le champ magnétique terrestre. Les rafales de particules en provenance du Soleil faussent également le champ magnétique de Jupiter, et peuvent produire des aurores. Domaine de Weiss
Les domaines magnétiques se forment dans des matériaux ayant un ordre magnétique, c’est-à-dire que les dipôles magnétiques du matériau s'alignent spontanément sous l'effet de l’interaction d’échange. Il s’agit des matériaux ferromagnétiques, ferrimagnétiques et antiferromagnétiques. Les matériaux paramagnétiques et diamagnétiques, dans lesquels les dipôles s’alignent en réponse à un champ externe, mais ne s’alignent pas spontanément, n’ont pas de domaines magnétiques. High frequency active auroral research program
HAARP a pour objectif d'étudier les propriétés de l'ionosphère. Plus particulièrement, elle permet d'étudier les perturbations de cette couche de la haute atmosphère par les orages magnétiques. Ces perturbations ont pour effet d'affecter les communications radio mondiales, les systèmes de navigation par satellite ainsi que les réseaux de transport d'électricité sur de longues distances. Éjection de masse coronale
La fréquence des émissions varie en fonction du cycle solaire. On observe en moyenne une EMC par semaine lors du minimum solaire et deux à trois par jour lors du maximum solaire. Toutefois, seule une petite partie des EMC est dirigée vers la Terre et par conséquent susceptible de provoquer des orages magnétiques. Blitzar
Seule la magnétosphère, suffisamment éloignée de l'horizon des événements, serait épargnée. En tenant compte du théorème de calvitie, qui stipule qu'un champ magnétique ne peut pénétrer l'horizon des événements, le champ magnétique devrait se détacher entièrement puis se reconnecter à l'extérieur de l'horizon de événements. À ce moment de la transformation du "blitzar", le champ magnétique est soudainement coupé de sa source. L'énergie magnétique emmagasinée dans la magnétosphère serait alors libérée instantanément en une grande quantité de rayonnement. Lors de son éclatement, le champ magnétique émettrait une onde de choc magnétique se propageant à une vitesse proche de celle de la lumière. Ainsi, les particules chargées (positron et électron), contenues dans la magnétosphère, seraient emportées en suivant les lignes du champ magnétique. Ces particules en mouvement créeraient des gerbes atmosphériques à l'intérieur du champ magnétique, produisant ainsi des ondes radio. Quant aux électrons, leur énergie n'est pas suffisamment grande pour que les instruments actuels puissent les détecter. Magnétar
Des tensions provoquant des tremblements d'étoile se produisent parfois dans les couches externes des magnétars, constituées de plasma d'éléments lourds (principalement de fer). Ces vibrations très énergétiques produisent des bouffées de rayons X et gamma. Une telle étoile est nommée " (SGR), soit sursauteur gamma mou. Système solaire
Le champ magnétique terrestre empêche en grande partie son atmosphère d'être dépouillée par le vent solaire. À l'inverse, Vénus et Mars ne possèdent pas de champ magnétique et le vent solaire éjecte progressivement les particules de leur atmosphère dans l'espace. Les éjections de masse coronale et autres événements similaires soufflent un champ magnétique et d'énormes quantités de matière depuis la surface du Soleil. L'interaction de ce champ magnétique et de cette matière avec le champ magnétique terrestre entraîne des particules chargées dans la haute atmosphère de la Terre, créant des aurores polaires observées près des pôles magnétiques. Le vent solaire permet également la formation des queues de comètes. Orage
Complexe orageux se formant généralement en fin de journée à partir d'orages dispersés. Il atteint son apogée durant la nuit alors qu'il s'organise comme une large zone circulaire. Ils sont définis comme ayant :Ces systèmes sont fréquents dans les plaines américaines durant l'été. Ils dérivent durant la nuit dans le flux d'altitude et donnent principalement des précipitations intenses causant des inondations sur de larges régions. De la fin avril à octobre 1993, les inondations qui ont sévi tout le long du bassin du fleuve Mississippi, des Grands Lacs à La Nouvelle-Orléans, ont été en grande partie causées par des CCM à répétition durant plusieurs semaines au début de l'été (Inondation du Midwest américain de 1993) Orage
En général, il s'agit d'orages unicellulaires de faible intensité qui ne durent que peu de temps. Cependant, les précipitations qui s'évaporent sous le nuage refroidissent l'air car l'évaporation nécessite un apport de chaleur aux molécules d'eau. L'air refroidi étant plus dense que l'environnement, il accélère vers le sol et peut causer des rafales descendantes plus ou moins importantes. En descendant, l'air se réchauffe par compression adiabatique et peut donner un coup de chaleur local. Comme ces orages se produisent en régions souvent désertiques (nord du Sahara, Asie Centrale, États-Unis) ou à végétation éparse, les rafales de vent peuvent également causer des tempêtes de sable ou de poussière. La foudre peut aussi déclencher des feux de brousse qui ne peuvent être éteints car aucune pluie n'en tombe. Les orages secs s'accompagnent souvent d'une activité électrique intense, et on peut parler familièrement d'« éclairs de chaleur ». Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms
En les données collectées par THEMIS a permis de fournir une explication cohérente du phénomène des aurores polaires. Les scientifiques ont en effet localisé la source de ces phénomènes dans des explosions d'énergie magnétique se produisant à un tiers de la distance qui séparent la Terre de la Lune. Ils sont ainsi provoqués par des « reconnexions » entre les cordes magnétiques géantes reliant la Terre au Soleil qui stocke l'énergie des vents solaires. Mercure (planète)
Lors de son deuxième survol de la planète le , MESSENGER découvre que le champ magnétique de Mercure peut être extrêmement perméable. L'engin spatial rencontre en effet des « tornades » magnétiques (des faisceaux tordus de champs magnétiques reliant le champ magnétique planétaire à l'espace interplanétaire) mesurant jusqu'à de large, soit un tiers du rayon de la planète. Ces tubes de flux magnétique torsadés forment des fenêtres ouvertes dans le bouclier magnétique de la planète à travers lesquelles le vent solaire peut entrer et impacter directement la surface de Mercure par reconnexion magnétique. Cela se produit également dans le champ magnétique terrestre, cependant le taux de reconnexion est dix fois plus élevé sur Mercure. Flash de rayons gamma terrestres
Les flashes de rayonnement gamma terrestre sont capables de produire des paires électrons / positrons en interagissant avec l'atmosphère terrestre à plus haute altitude . Une partie de ces électrons et positrons sont capables de s'échapper de l'atmosphère terrestre et sont ensuite guidés par les lignes de champ magnétique terrestre, formant un faisceau . En 2011, le "Fermi Gamma-ray Space Telescope" a reporté l’observation d'un TGF relativement long (>5 millisecondes) présentant une raie à 511 keV dans son spectre d'énergie, ce qui est cohérent avec un tel faisceau, qui serai ainsi composé d'environ 15% de positrons et 85% d'électrons . Dans les années suivantes, une vingtaine d’événements similaires ont pu être observés . Orage
Naturellement, les conditions à l'échelle synoptique organisent la convection également. Ce n'est pas partout à l'équateur où les conditions sont favorables à la formation des orages. Ainsi, la zone de convergence intertropicale, où convergent les alizés, donne le soulèvement nécessaire pour la formation d'orages assez continuels mais, au nord et au sud de celle-ci, il y a un mouvement descendant de l'air qui dégage le ciel. De la même manière, les eaux des courants marins froids inhibent les orages (ex., la côte ouest de l'Amérique du Nord et du Sud) alors que les eaux chaudes les favorisent (ex., le Gulf Stream où se déplacent les ouragans). Aurore polaire
Elles n'ont été étudiées scientifiquement qu'à partir du . En 1621, l'astronome français Pierre Gassendi décrit ce phénomène observé jusque dans le sud de la France et lui donne le nom d"'aurore boréale". Au , l'astronome britannique Edmond Halley soupçonne le champ magnétique terrestre de jouer un rôle dans la formation des aurores boréales. Henry Cavendish, en 1768, parvient à évaluer l'altitude à laquelle se produit le phénomène, mais il faudra attendre 1896 pour que celui-ci soit reproduit en laboratoire par Birkeland. Les travaux de Carl Størmer sur les mouvements des particules électrisées dans un champ magnétique ont facilité la compréhension du mécanisme de formation des aurores. Cluster for Cloud evolution, Climate and Lightning
La convection profonde est généralement responsable de la formation de cellules orageuses et de larges systèmes convectifs (ouragans par exemple). En cas de convection profonde, la présence de cristaux de glace en altitude peut conduire à l'électrisation du nuage et donc, à la formation d'éclairs. Le rythme de l'activité électrique à l'intérieur du nuage (décharge intra-nuageuse) dépend principalement des mouvements verticaux au sein du nuage et peut donc être considéré comme un bon indicateur de la sévérité des orages. De plus, les éclairs favorisent la production d'oxydes d'azote NOx, qui participe à la formation d'ozone troposphérique. Prévision des orages violents
Après tout ce travail, le prévisionniste enverra des cartes telle celle-ci pour prévenir la population des risques potentiels. Il enverra des bulletins de type veille météorologique par la suite si la convection commence à se matérialiser. Par la suite, il suit la formation d'orages grâce aux radars météorologiques, aux satellites et autres données d'observation. En utilisant les techniques de prévision immédiate, il envoie des alertes lorsque le potentiel donne des signes de se réaliser. Les radars donnent des informations sur le taux de précipitations, dont la possibilité de grêle, et des patrons caractéristiques de rotation dans les orages. Ils couvrent les régions les plus peuplées. Les satellites couvrent, quant à eux, la majorité de la surface de la Terre et sont disponibles dans le spectre visible (VIS : 0,5 à 1,1 µm) et l'infrarouge (IR : 10 à 13 µm). Le premier permet de voir la texture des nuages et le second la température de leurs sommets. Il existe également un capteur de 6 à 7 µm qui donne de l'information sur l'humidité dans le milieu de la troposphère, permettant de voir la position et le mouvement des masses d'air. Hadéen
Les planètes actuelles sont désormais en place. Elles sont accompagnées d'un grand nombre de météorites. La gravitation a fait tomber ces derniers sur les planètes. La Lune en a gardé la trace et sert de référence pour considérer que le « grand bombardement tardif » a duré toute la seconde phase de l'Hadéen. Nous sommes alors à dans le passé. En , le nuage primordial est devenu un système solaire très jeune, dont la Terre fait partie. Cependant, cette dernière n'est pas stabilisée. À (4,5 milliards d'années avant aujourd'hui), l'hypothèse de l'océan magmatique terrestre considère que la chaleur accumulée après l'accrétion (énergie d’accrétion, énergie radioactive, etc.) est telle que, en l'absence de convection interne, la partie externe de la Terre (500 à ) fond en un océan magmatique. Le dégazage du magma ou des roches sous l'océan magmatique commence et forme l'atmosphère initiale, dite primitive. Compte tenu du rayonnement du Soleil à ce stade de sa vie (un peu plus de 70 % de la valeur actuelle : paradoxe du jeune Soleil faible), et sur la base d'une atmosphère primitive comparable à l'atmosphère actuelle, la Terre, selon la théorie de la Terre primitive froide, aurait été gelée avec une température de surface proche de . Cependant, un fort effet de serre est attesté, imputable à la composition différente de l'atmosphère primitive : celle-ci contenait vraisemblablement de grandes quantités de gaz à effet de serre (CO, vapeur d'eau…). D'après les gaz contenus aujourd'hui dans les volcans, on pense à une répartition entre les éléments majoritaires suivants : CO, CO, N, H et HCl. Petit à petit, l'atmosphère se refroidit suffisamment pour que l'eau qu'elle contient tombe en pluie. Après cette séparation, la pression atmosphérique devait être proche de , ou 200 bars. Les océans ont donc commencé à se former dès que la température de surface est devenue inférieure à la température critique de l'eau ( — dans le cas où la pression atmosphérique était supérieure, la pression critique de l'eau est égale à 225 bars), mais plus probablement en dessous de . Cette phase s'est terminée à . GEOTAIL
Le vent solaire produit par le Soleil injecte du plasma dans la magnétosphère et lui transfère de l'énergie. Plusieurs fois par jour, la magnétosphère est perturbée par un phénomène baptisé sous-tempête magnétique durant lequel la majeure partie de l'énergie transmise par le vent solaire est déchargée dans la magnétosphère, l'ionosphère et la haute atmosphère terrestre. Les produits de ce processus sont la génération d'aurores polaires, l'accélération de particules chargées, l'émission d'ondes de plasma intenses ainsi que la génération de courants ionosphériques qui modifient l'atmosphère supérieure de manière notable. Ces ondes et courants se traduisent souvent par des perturbations importantes dans les communications terrestres, le transport d'électricité et l'électronique des engins spatiaux en orbite terrestre. GEOTAIL a pour objectif d'effectuer des observations détaillées de ces phénomènes au niveau de la queue magnétique (geotail en anglais) située au-delà de l'orbite lunaire et au niveau de la couche de plasma neutre située près de la Terre. Onde électromagnétique
Les ondes électromagnétiques (perturbations des champs électrique et magnétique) sont produites par des particules chargées accélérées. Anomalie magnétique
Les anomalies magnétiques résultent de la fossilisation du champ magnétique par les basaltes de la croûte océanique. Lorsque les roches riches en corps ferromagnétiques se mettent en place, elles fossilisent le champ magnétique existant. Dans tous les océans, les anomalies positives et négatives s'organisent en bandes parallèles. Les anomalies positives sont dues à une aimantation des basaltes lors de leur refroidissement dans le même sens que le champ actuel, les deux valeurs s'ajoutant. Les anomalies négatives sont dues à une aimantation des basaltes dans un champ opposé au champ actuel, lors d'une inversion des pôles. Le fait que ces bandes restent parallèles montre que l'emplacement des pôles est resté sensiblement toujours autour de la position actuelle. Explorer 10
L'ère des fusées-sondes qui s'ouvre immédiatement après la Seconde Guerre mondiale, puis, le début de l'ère spatiale (1957) permettent pour la première fois d'envoyer des instruments dans la haute atmosphère et d'étudier l'influence du champ magnétique terrestre sur son environnement spatial. La magnétosphère terrestre, c'est-à-dire la région de l'espace dans laquelle les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par le champ magnétique de la Terre, se révèle beaucoup plus complexe que ce qui avait été modélisé jusque-là et devient un des principaux thèmes d'étude des satellites scientifiques lancés à la fin des années 1950 et au début des années 1960. Ainsi le premier satellite artificiel américain Explorer 1 découvre au niveau de l'équateur magnétique et à une altitude supérieure à les ceintures de radiation de la Terre (ceintures de Van Allen). Celles-ci sont générées par des protons et électrons énergétiques piégés par le champ magnétique terrestre. Ces informations sont confirmées et raffinées par les satellites "Explorer 3", "Spoutnik 3", "Explorer 4" et "Pioneer 3". "Pioneer 4" qui se place sur une orbite héliocentrique (autour du Soleil) fournit une première indication sur la limite extérieure des ceintures de radiation (au moins 10 rayons terrestres). Il est également établi par ces satellites que ces limites fluctuent dans le temps et que ces variations sont liées aux conditions régnant dans l'espace interplanétaire elles-mêmes découlant de l'activité solaire. Dès 1958, Eugene Parker avait établi de manière théorique que la couronne solaire émettait en permanence un plasma éjecté dans l'espace interplanétaire et influençant l'environnement spatial de la Terre. La présence de ce vent solaire est confirmée par les satellites Lunik 2 et Lunik 3. C'est dans ce contexte que le centre de vol spatial Goddard, établissement de l'agence spatiale civile américaine de la NASA, développe le satellite P-14 (10ème satellite du programme Explorer) équipé d'instruments permettant de quantifier la direction et l'intensité du champ magnétique terrestre ainsi que de mesurer les caractéristiques du vent solaire. L'orbite retenue doit permettre au satellite d'étudier l'étendue de la magnétosphère terrestre. Atmosphère de Jupiter
Les orages sur Jupiter sont similaires à leurs homologues terrestres. Ils se révèlent via des nuages massifs et brillants d'une taille d'environ km, qui apparaissent de temps en temps dans les régions cycloniques des bandes, particulièrement dans les courants-jets qui vont vers l'ouest (rétrograde). En opposition aux vortex, les orages sont des phénomènes de courte durée; les plus forts pouvant survivre quelques mois, bien que leur durée de vie moyenne n'est que de 3–4 jours. Ils sont probablement dus à la convection dans la troposphère de Jupiter. Les orages sont des colonnes convectives qui apportent l'air humide des profondeurs dans la partie haute de la troposphère, où il se condense en nuages. L'extension verticale des orages sur Jupiter est de ; il s'étendent d'une région où la pression est de 5–7 bar, où la base de l'hypothétique couche de nuages d'eau est censée se trouver, à une région où la pression est de 0,2–0,5 bar. Champ magnétique
Par analogie avec l'électrostatique, le terme formula_63 est appelé "densité de charge magnétique". En pratique, la charge magnétique se trouve souvent sous forme de charge surfacique localisée sur les surfaces de l'aimant. Cette charge surfacique découle des discontinuités de la composante de formula_38 normale à la surface, où formula_63 est localement infini. Les surfaces ainsi chargées sont appelées "pôles" de l'aimant. La surface chargée positivement est le pôle nord, celle chargée négativement est le pôle sud. Le système d'équations ci-dessus exprime le fait que le champ magnétique est engendré par les pôles des aimants. Ce système peut être résolu numériquement en faisant dériver formula_42 d'un potentiel scalaire, alors qu'un potentiel vecteur serait nécessaire pour formula_16, ce qui vaut à formula_42 la faveur des analystes numériques. Super éruption stellaire
Lorsque les particules énergétiques solaires atteignent l'atmosphère de la Terre, elles provoquent une ionisation qui crée du monoxyde d'azote (NO) et d'autres espèces réactives d'azote, qui se précipitent alors sous forme de nitrates. Comme toutes les particules énergétiques sont déviées dans une plus ou moins grande mesure par le champ géomagnétique, elles entrent préférentiellement aux latitudes polaires. Puisque les latitudes élevées contiennent également de la , il est logique de rechercher la signature des événements de particules chargées dans les carottes de glace. Déformation de marée
Le phénomène des marées est produit par la rotation de la Terre dans les champs de gravité de la Lune, du Soleil et, à un degré bien moindre, d'autres astres perturbateurs tels que les planètes Vénus et Jupiter. Cette rotation impose des périodicités dans le potentiel gravifique auquel sont soumis tous les points à la surface et à l'intérieur de la Terre. La conséquence la plus immédiatement visible en est constituée par les marées océaniques, mais il existe aussi des mouvements de marée dans la Terre solide (que l'on appelle, de manière assez impropre, les marées terrestres) et dans l'atmosphère (marées atmosphériques). Si la Terre était parfaitement rigide, les positions relatives de ses différents points matériels ne subiraient pas de variation ; il n'y aurait donc pas de mouvements de marée, et donc pas de possibilité de friction et par conséquent pas de freinage de la rotation terrestre dû aux marées. La seule conséquence serait ainsi une variation multipériodique du potentiel gravifique en chaque point : c'est ce qu'on appelle les marées du géoïde. Les amplitudes de celles-ci peuvent être calculées en chaque point et à chaque instant par les lois de la mécanique céleste. Leur connaissance est importante, car c'est à elles qu'on rapporte les mesures des marées de la Terre réelle, qui est déformable. Météorologie de la montagne
Les orages se forment quand l'air dans une couche de l'atmosphère est très instable. Une parcelle d'air soulevé à la base de cette couche est alors plus chaude que l'environnement et subit une poussée d'Archimède vers le haut. En s'élevant, sa température diminue par détente adiabatique et lorsque l'humidité relative de vapeur d'eau qu'elle contient arrive à saturation, il y a formation du nuage convectif. Pour former un orage il faut que cette couche soit très grande et que la température au sommet du nuage soit sous les . Uranus (planète)
Neptune possède également un champ magnétique penché et déséquilibré de la même manière, ce qui suggère que cela pourrait être une caractéristique commune des géantes de glaces. Une hypothèse est que, contrairement aux champs magnétiques des planètes telluriques et géantes gazeuses, qui sont générés dans leurs noyaux, les champs magnétiques des géantes de glace seraient générés par des mouvements de conducteurs à des profondeurs relativement faibles, par exemple, dans l'océan eau-ammoniac. Une autre explication possible de l'alignement particulier de la magnétosphère est que des océans de diamant liquide à l'intérieur d'Uranus auraient une incidence sur le champ magnétique. Orage
Certains pilotes de planeurs ont évolué le long de la ligne de cumulonimbus où se produisent des courants ascendants comme le long d'une montagne. Comme une ligne d'orages multicellulaires se déplace, il est impossible de revenir à l'aérodrome de départ sans traverser la ligne d'orages et l'atterrissage dans un champ est périlleux car l'orage produit des rafales descendantes destructrices. Dans certains cas, les planeurs ont pu être retournés et détruits après l'atterrissage dans le champ par la ligne d'orages. Finalement, les orages supercellulaires sont incompatibles avec la pratique du vol à voile à cause des phénomènes extrêmes qui peuvent se produire. Reconnexion magnétique
Qualitativement, le processus de reconnexion peut se décrire comme suit. Les lignes de champ magnétique de différents domaines magnétiques (définis ici par la connectivité de leurs lignes de champ) se cassent et se raccordent à celles d'un autre domaine, modifiant ainsi leur schéma de connectivité. Cela peut se produire lorsque l'approximation dite de "champ gelé" n'est plus appropriée pour décrire le plasma et peut concentrer de l'énergie mécanique ou magnétique à la fois dans l'espace et le temps. Les éruptions solaires, les plus fortes explosions du système solaire, impliquent probablement la reconnexion de vastes régions de flux magnétiques à la surface du Soleil, libérant en quelques minutes l'énergie magnétique qui a été stockée dans le champ magnétique pendant des heures ou des jours. La reconnexion magnétique dans la magnétosphère terrestre est un des mécanismes responsable des aurores polaires. Il se produit dans la magnétosphère terrestre lors d'activités solaires importantes et engendre des orages magnétiques. Les astronomes pensent qu'il pourrait aussi jouer un rôle important pour l'accélération de particules en astrophysique des très hautes énergies, par exemple dans l'environnement des Noyaux Actifs de Galaxies. Sur Terre, le phénomène de reconnexion représente l'une des difficultés rencontrées lors des expériences de fusion par confinement magnétique. Inversion du champ magnétique terrestre
En 1963, Frederick Vine et Drummond Matthews fournissent une explication simple en combinant la théorie de l'expansion des fonds océaniques de Harry Hess avec l'échelle de temps connue des inversions : si un nouveau fond marin est aimanté dans le sens du champ, alors il va changer sa polarité lorsque le champ s'inverse. Ainsi, l'expansion des fonds océaniques à partir d'une crête centrale va produire des bandes magnétiques parallèles à l'arête. Exploration of Energization and Radiation in Geospace
Les électrons relativistes sont créés par les orages magnétiques eux-mêmes générés au sein du champ magnétique terrestre par le vent solaire. Le satellite ERG doit observer à la fois les particules chargées électriquement sur une large gamme d'énergie et les ondes de plasma sur une bande de fréquence étendue. Le satellite emporte, pour la première fois sur un engin spatial, un instrument permettant d'observer l'échange d'énergie entre les particules et le plasma. Inversion du champ magnétique terrestre
Le champ magnétique peut ne pas disparaître complètement, avec de nombreux pôles se formant chaotiquement dans différents endroits, jusqu'à ce que l'inversion se stabilise à nouveau. Une modélisation de la NASA(ci-contre) montre que pendant cette période l’axe du champ magnétique change extrêmement vite jusqu’à l’inversion totale. Orage multicellulaire
Les précipitations et la goutte froide qui descendent de la cellule-mère forment un front froid le long duquel l'air est soulevé pour donner une cellule-fille. Ainsi, la structure radar de ce type d’orage est caractérisée par de fortes réflectivités sous la cellule-mère et la formation de fortes réflectivités en altitude dans la cellule-fille sur la partie en aval de la cellule-mère (sud-ouest dans l'hémisphère nord). Les cellules se succédant de mère en fille, la ligne de fort échos et ces surplombs semblent donc se reformer dans cette direction. Par contre, les cellules individuelles se déplacent dans la direction opposée, suivant la direction du cisaillement, mais l'ensemble de la ligne se déplace à 30° et 70 % de la vitesse des vents dans la couche où se produisent les orages. Inversion du champ magnétique terrestre
En 2010, deux scientifiques français de l'INSU ont avancé que l'affaiblissement du bouclier magnétique permettait aux protons émis par le soleil de pénétrer plus en profondeur dans les couches de l'atmosphère où ils engendrent alors des réactions chimiques en cascade qui aboutissent notamment à la formation d'oxyde nitrique, substance qui détruit la couche d'ozone. Les êtres vivants doivent alors faire face à un accroissement de la production d'UV-B pendant une longue période avec des pics importants lors des éruptions solaires. On a pu étudier ces effets en Amérique du Sud à cause de l'Anomalie magnétique de l'Atlantique sud. Cependant, l'analyse statistique ne suggère aucune corrélation entre les inversions et les extinctions. Effet dynamo (astrophysique)
Walter M. Elsasser, considéré comme le « père » de la présente théorie sur l'effet dynamo terrestre, soutient que le magnétisme est engendré par les courants électriques induits dans le noyau liquide externe de la Terre. Il est l'un des premiers à effectuer l'étude de l'orientation magnétique des minéraux dans les roches, quantifiant ainsi la variation du champ magnétique terrestre en fonction du temps. Impulsion électromagnétique
En raison de la similitude entre une impulsion électromagnétique nucléaire E3 due à une explosion atomique et un orage géomagnétique induit par le soleil, il est devenu courant de se référer à l'énergie de ces orages comme « IEM solaire ». Au niveau du sol, cependant, l'« IEM solaire » n'est pas connue pour produire des impulsions E1 ou E2. Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique terrestre peut être comparé, en première approximation, à celui d'un aimant droit (ou d'un dipôle magnétique, ou d'une bobine plate parcourue par un courant électrique), de moment magnétique en 2000. Le point central de cet aimant n'est pas exactement au centre de la Terre, il se trouve à quelques centaines de kilomètres du centre géométrique. Cette approximation ne doit pas faire oublier que le champ a des composantes multipolaires dont l'intensité, bien que beaucoup plus faible que la composante dipolaire, n'est pas négligeable, notamment lors d'une inversion du champ magnétique terrestre qui voit l'affaiblissement de l'intensité du dipôle si bien que les composantes non dipolaires deviennent prédominantes. Fusion (film)
Dans un bar, Keyes se saoule avec son ami quand des hommes de la Maison blanche l'emmènent dans une réunion scientifique en présence du général Purcell et du professeur Zimsky. Il leur explique que le champ magnétique terrestre, qui entoure la Terre et qui la protège des micro-ondes et des radiations du Soleil, commence à disparaitre, ce qui est la cause de ces accidents. La cause de la destruction du champ magnétique : le noyau terrestre s'est arrêté de tourner. Les prochaines étapes ne seront plus des accidents, mais des catastrophes planétaires et que l'an prochain, la surface de la Terre sera carbonisée. Champ magnétique terrestre
Le vent solaire est responsable de variations du champ mesuré, par les courants électriques qu'il engendre dans l'ionosphère et la magnétosphère. En fonction de l'activité solaire, les orages magnétiques peuvent perturber le champ magnétique terrestre en faisant varier l'intensité de la composante horizontale B. De plus, les vents solaires déforment les lignes de champ du champ magnétique terrestre. Côté jour, elles sont aplaties vers la Terre, et du côté nuit, elles s'écartent sur une dizaine de rayons terrestres. Magnétosphère de Jupiter
Le champ magnétique interne de Jupiter est produit par des courants électriques circulant dans le noyau externe de la planète, qui est composé d'hydrogène métallique. Les éruptions volcaniques sur la lune Io de Jupiter éjectent de grandes quantités de dioxyde de soufre dans l'espace, formant un grand tore de gaz autour de la planète. Le champ magnétique de Jupiter force le tore à tourner avec la même vitesse angulaire et dans la même direction que la planète. Le tore à son tour charge le champ magnétique avec du plasma, lequel s'étale en formant un magnéto-disque. En effet, la magnétosphère de Jupiter est façonnée par le plasma de Io et par sa rotation propre, là où les vents solaires façonnent la magnétosphère terrestre. De forts courants circulant dans la magnétosphère créent des aurores permanentes autour des pôles de la planète et des émissions radio intenses et fluctuantes, ce qui signifie que Jupiter peut être considérée comme un pulsar radio très faible. Les aurores de Jupiter ont été observées dans presque toutes les régions du spectre électromagnétique, notamment dans l'infrarouge, dans la lumière visible, dans l'ultraviolet et dans les rayons X. Observation du Soleil
Le vent solaire peut provoquer des orages magnétiques qui vont jusqu'à perturber les réseaux électriques. Orage
Ceci donne des cellules orageuses indépendantes en équilibre stable entre l’entrée et la sortie des courants qui leur permettent de vivre très longtemps. Elles peuvent produire de la grosse grêle, des vents destructeurs et des pluies torrentielles. De plus, si un cisaillement horizontal du vent en surface est transformé en tourbillon vertical par le courant ascendant, ces supercellules peuvent produire des tornades si la rotation est accentuée par le courant descendant. Dynamo
On appelle dynamo terrestre le mécanisme qui transforme l'énergie des courants turbulents de particules chargées électriquement circulant entre le noyau et le manteau en un champ magnétique. Entre autres effets, ce champ permet de dévier les particules du vent solaire (constitué de particules électriquement chargées sensibles aux champs magnétiques), protégeant ainsi la Terre d'un flux important de rayonnements ionisants qui, à défaut, aurait empêché le développement de la vie, telle qu'on la connait, sur Terre. Inversion du champ magnétique terrestre
Mais plus tard, lorsque le champ magnétique terrestre est mieux compris, des théories plus avancées suggèrent que le champ terrestre pourrait avoir été inversé dans le passé lointain. La plupart des recherches paléomagnétiques de la fin des années 1950 comprennent un examen de l'errance des pôles et de la dérive des continents. Bien que l'on ait découvert que certaines roches inversent leur champ magnétique pendant le refroidissement, il devient évident que la plupart des roches volcaniques aimantées conservent des traces du champ magnétique de la Terre au moment où la roche s’est refroidie. En l'absence de méthodes fiables pour la datation précise des roches, on pense alors que les inversions se produisent une fois par million d'années environ. Orage
Il est question d’"orage de neige" quand de nuage convectif se forme en hiver dans de l'air très instable et donne des précipitations neigeuses accompagnées de manifestations électriques comme le tonnerre et des éclairs. Ce phénomène est relativement rare mais il peut être trouvé dans une masse d'air très froide, et donc polaire, rencontrant des zones plus chaudes et humides. Ces mouvements de masses d'air peuvent créer des courants instables formant des cumulonimbus de faible extension verticale. Les orages de neige sont décrits comme des averses neigeuses accompagnées d'activité électrique suivies du tonnerre. Ces sortes d'orages sont perçus en plein hiver ou pendant les giboulées. KuaFu
L'éjection de masse coronale par le Soleil est un phénomène à grande échelle qui modifie les caractéristiques du vent solaire en se déplaçant à très grande vitesse dans le milieu interplanétaire (entre et ). La distance Terre-Soleil est parcourue en quelques jours. Le champ magnétique très important associé à ce phénomène peut provoquer lorsqu'il atteint la Terre des orages magnétiques en interagissant avec le champ magnétique terrestre. Ces orages ont une incidence sur certaines activités humaines (fonctionnement des satellites en orbite terrestre, lignes à haute tension...). La naissance de ce type de phénomène, son déroulement et ses interactions avec l'environnement terrestre sont aujourd'hui mal compris. Aurore polaire
C'est en qu'une explication cohérente de ce phénomène a été fournie par la NASA grâce à la mission américaine THEMIS. Les scientifiques ont en effet localisé la source de ces phénomènes dans des explosions d'énergie magnétique se produisant à un tiers de la distance qui sépare la Terre de la Lune. Ils sont ainsi provoqués par des « reconnexions » entre les « cordes magnétiques géantes » reliant la Terre au Soleil qui stockent l'énergie des vents solaires. Magsat
Avant l'ère spatiale, les relevés sur les caractéristiques régionales du champ magnétique terrestre sont rares ou absents. Les satellites (OGO 2, 4 et 6) POGO ("Polar Orbiting Geophysical Observatory") et OGO 1, 3 et 5 ("Orbiting Geophysical Observatory") de la NASA effectuent entre et des mesures globales de l'intensité du champ magnétique terrestre et des modèles sont construits à partir des données de POGO. Avant le lancement de POGO, on considère qu'il est impossible de détecter les anomalies magnétiques depuis l'espace. En analysant les données de ce satellite, les scientifiques se rendent compte que les instruments du satellite peuvent détecter des variations du champ magnétique local lorsqu'il survole la Terre à basse altitude. Magsat apporte deux contributions supplémentaires : d'une part, il effectue des mesures vectorielles qui permettent de déterminer la direction du champ magnétique au-dessus des anomalies magnétiques et éliminent les ambiguïtés des mesures précédentes, et d'autre part, son altitude plus basse lui permet de fournir des données avec une meilleure résolution permettant des études détaillées des anomalies de la croûte terrestre. Magsat est la du programme Explorer de la NASA destiné aux investigations scientifiques de l'environnement spatial de la Terre. SAMPEX est la troisième et dernière mission de la sous-série "Applications Explorer Mission". Champ magnétique terrestre
L'inversion du champ magnétique terrestre est un phénomène récurrent dans l'histoire géologique terrestre, le pôle Nord magnétique se déplace au pôle Sud géographique, et inversement. C'est le résultat d'une perturbation de la stabilité du noyau de la Terre. Le champ magnétique s’affole alors pendant une courte période (de 1000 à ) pendant laquelle les pôles magnétiques se déplacent rapidement sur toute la surface du globe, ou disparaissent, selon les théories. Effet magnéto-optique
Une onde électromagnétique est composée d'une onde magnétique et d'une onde électrique en phase et de vecteur polarisation perpendiculaire. L'onde électromagnétique a une distribution en fréquence très large qui contient la totalité des fréquences lumineuses. L'effet magnéto-optique correspond à la modification de la polarisation de cette onde électromagnétique lorsque celle-ci entre en contact avec un matériau plongé dans un champ magnétique quasi statique. Il résulte d'une résonance ferromagnétique. Éjection de masse coronale
Le champ magnétique des EMC est très fort : une EMC atteignant la Terre peut donc provoquer des orages magnétiques en interagissant avec le champ magnétique terrestre. On observe alors des phénomènes de reconnexion magnétique et certaines lignes de champs peuvent s'ouvrir, affaiblissant ainsi le « bouclier » magnétique de la Terre. Les EMC jouent donc un rôle clef dans la météorologie solaire. Grain (météorologie)
Un grain en arc résulte de l'étalement d'une goutte froide qui se forme à l'avant d'un orage ou d'une ligne d'orages quand l'air des niveaux moyens et les précipitations en descendent. Lorsque le cisaillement des vents est de modéré à fort dans les bas niveaux de l'atmosphère et que la direction de ce changement est linéaire, la goutte s'étale en arc. Le soulèvement sur le devant de la goutte cause la reformation d'orages qui s'aligneront en arc. Le grain orageux ainsi généré aura quelques kilomètres d'épaisseur et de 20 à de long, en général moins long qu'une ligne de grains rectiligne. Sa durée de vie sera de 3 à 6 heures et en général causera des dégâts importants sur son trajet, car le courant-jet des niveaux moyens qui descend le long du front de rafales se trouve concentré. Un grain en arc peut se transformer en Derecho si les conditions sont favorables. En 2004, une étude sur un grand nombre de grains en arc provenant de cellules orageuses faiblement organisées et de super-cellules a démontré que la première situation était la plus propice à leur formation. Cycle solaire
Les variations de l'activité solaire se traduisent par des fluctuations de la propagation des ondes radio. La gamme de fréquences la plus touchée couvre les ondes dites "décamétriques" ou ondes courtes qui se propagent à longue distance grâce à l'ionosphère. Pendant les orages magnétiques, la très forte ionisation des couches hautes de l'atmosphère peut perturber voire interrompre les communications avec les satellites avec les conséquences graves que l'on peut imaginer pour les télécommunications, la navigation, le positionnement géographique... Flash de rayons gamma terrestres
Une quantité importante d’électrons en mouvement peut être formée par l’effet avalanche causé par un champ électrique intense. Les champs électriques sont fort probablement engendrés par la foudre puisque la plupart des TGF enregistrés se sont produits dans les quelques millièmes de secondes suivant cette dernière. Au-delà de ce principe rudimentaire, les détails du phénomène sont plus flous et demeurent de l'ordre de l'hypothèse. Antimatière
Grâce au télescope spatial "Fermi", Michael Briggs, astrophysicien à l’université d’Alabama, a découvert que les éclairs accompagnant un orage produisaient des antiparticules (positons). L’annihilation réciproque de ces positons et des électrons correspondants (leurs antiparticules) se manifeste sous la forme de rayonnements gamma dont le pic à est typique d’un tel phénomène. L’énergie due à cette rencontre entre matière et antimatière monte vers la haute atmosphère pendant ces orages. Courant induit géomagnétiquement
Le phénomène est connu depuis les années 1850, quand on remarqua que les lignes de télégraphe pouvaient parfois fonctionner durant les orages magnétiques sans alimentation ou bien quand la liaison était brouillée par l'influence des GIC. Ainsi l'orage magnétique de septembre 1859 produisit des perturbations dans l'ensemble du système télégraphique européen. À l'époque on parlait de (batterie céleste). Noyau terrestre
C'est dans le noyau externe qu'est généré le champ magnétique terrestre, par un mécanisme de dynamo auto-entretenue qui n'est pas encore complètement élucidé. Le noyau interne, qui s'est formé (et continue de croître) aux dépens du noyau externe par cristallisation, est constitué d'un alliage Fe-Ni plus pur que le liquide du noyau externe. Flash de rayons gamma terrestres
Ainsi, on suppose que le champ électrique pourrait être induit par la séparation de charges dans un nuage d'orage, souvent en lien avec les farfadets. Il pourrait également être induit par l'impulsion électromagnétique d'une décharge de foudre, ce qui est associé aux elfes. D’autre part, il y a des TGF en absence de foudre bien qu'ils se produisent toujours dans l'espace les entourant. Ce phénomène a amené une comparaison aux jets bleus car ils ne semblent pas être directement en lien avec l'activité des éclairs non plus. Tornade
Les orages violents se forment dans une masse d'air instable où il y a disponibilité de beaucoup de chaleur et d'humidité à bas niveau et de l'air plus sec et froid en altitude. Une parcelle d'air qu'on soulève diminue de température (T) et de pression (P) avec l'altitude selon la loi des gaz parfaits (formula_4). Dans une atmosphère instable, elle atteint un niveau où elle devient plus chaude que l'air environnant: le « niveau de convection libre » (NCL). Elle subit alors la poussée d'Archimède et s'élève librement jusqu'à ce que sa température soit de nouveau en équilibre avec la température environnante. Ce mouvement ascendant, que l'on appelle la convection libre, est un processus libérateur d'énergie, et l'énergie potentielle (Énergie Potentielle de Convection Disponible) emmagasinée dans l'atmosphère instable se transforme en énergie cinétique de déplacement. Orage
L'orage unicellulaire est caractérisé par une faible énergie (EPCD de ) avec peu ou pas de changement des vents avec l'altitude. Donc le cycle de vie d’environ de ces orages est caractérisé par un courant ascendant plus ou moins fort et vertical. Au départ, nous sommes en présence de cumulus mediocris qui fusionnent entre eux pour former un cumulus bourgeonnant (ou cumulus congestus) avec début de précipitations en son sein. Lorsque des cristaux de glace se forment au sommet du nuage, ce congestus devient par définition un cumulonimbus calvus. Apparaissent alors les premiers phénomènes électriques qui caractérisent les orages. Flash de rayons gamma terrestres
Les flashs de rayons gamma terrestres sont probablement causés par une émission Bremsstrahlung produit par une accélérés par des champs électriques intenses produits au-dessus ou à l'intérieur de certains orages. Parasite atmosphérique
Environ 100 coups de foudre par seconde sont générés mondialement par des orages, surtout dans les zones continentales aux latitudes équatoriales et moyennes. La triangulation de ces parasites atmosphériques permet donc de surveiller l'activité orageuse. Les mesures de résonances de Schumann de seulement quelques stations réparties mondialement peuvent surveiller cette activité globalement. Champ magnétique terrestre
De nombreux animaux grands migrateurs terrestres ( oiseaux) ou aquatiques ( tortues marines) semblent dotés d'une perception fine du champ magnétique terrestre (magnétoréception), même si d'autres sens interviennent lors des migrations. Par exemple les tortues caouanne sont sensibles à la latitude en fonction du champ magnétique terrestre et de son inclinaison. Ainsi de très jeunes tortues de cette espèce placées, peu après leur éclosion, en bassin reproduisant des conditions de champ magnétique d’autres régions (Porto Rico et Cap-Vert, situés sur leur route migratoire habituelle à la même latitude (20°N), mais à des longitudes différentes) se sont rapidement orientées dans la direction qu’elles prendraient dans cet environnement (respectivement vers le NE et vers le SE). Observatoire de Lyon
En 1888, Émile Marchand est le premier à mettre en évidence un lien entre les taches solaires et les perturbations du champ magnétique terrestre. Un autre résultat important est obtenu en 1894 : Gonnessiat publie deux articles confirmant les oscillations de l'axe de rotation de la Terre, mises en évidence quelques années auparavant par l’américain Seth Carlo Chandler. Ces publications ont un retentissement international car c’est la première fois que ces oscillations sont observées depuis la France où les astronomes étaient particulièrement réticents face aux concepts de Chandler. La même année, les chercheurs sont contraints d’abandonner leurs travaux sur le magnétisme terrestre qu’ils menaient dans un pavillon construit sans fer à l’écart des autres bâtiments : une nouvelle ligne de tramway qui passe à proximité de l’observatoire fausse les mesures. TARANIS
Depuis le début des années 1990, on sait que l'atmosphère au-dessus des orages est le lieu de phénomènes lumineux transitoires (TLE : "Transient Luminous Events") et de flashs de rayons gamma terrestres (TGF : "Terrestrial Gamma-ray Flashes"). Ces phénomènes mettent en évidence l'existence de transferts impulsifs d'énergie durant les orages entre l'atmosphère moyenne et supérieure d'une part et l'ionosphère et la magnétosphère d'autre part. Les observations de phénomènes lumineux transitoires ("farfadets", "elfes", "jets bleus", "jets géants"...) faites par l'expérience "ISUAL" à bord du satellite FORMOSAT-2 (2004-2016) montrent que les phénomènes lumineux transitoires se produisent fréquemment au-dessus des zones orageuses. De même, les observations de flashs de rayons gamma terrestres faites par les satellites CGRO (1991-2000), RHESSI (2002-2018), FERMI (2008-...) et AGILE (2007-...) montrent que les flashs de rayons gamma terrestres sont bien plus fréquents que ce que l'on pense initialement (1 000 flashs de rayons gamma terrestres par jour) et font intervenir des énergies très élevées pouvant aller jusqu'à . Malgré les nombreuses observations actuellement disponibles, les mécanismes à l’œuvre dans les phénomènes lumineux transitoires et les flashs de rayons gamma terrestres ainsi que leurs impacts potentiels sur la physico-chimie de la haute atmosphère et du proche environnement spatial de la Terre sont encore mal connus. Le but de la mission TARANIS est de fournir à la communauté scientifique les jeux de données nécessaires pour pouvoir enfin répondre aux questions toujours en suspens sur la nature et les conséquences de ces phénomènes. Les principaux objectifs scientifiques se déclinent comme suit : Magnétosphère de Jupiter
Les lunes galiléennes de glace, Europe, Ganymède et Callisto, créent toutes un moment magnétique en réponse aux changements dans le champ magnétique de Jupiter. Ces différents moments dipolaires magnétiques créent autour d'eux des champs magnétiques qui agissent pour compenser les changements dans le champ ambiant. L'induction est censée prendre place dans les couches souterraines d'eaux salées qui sont susceptibles d'exister dans l'ensemble des grandes lunes glacées de Jupiter. Ces océans souterrains peuvent potentiellement abriter la vie et les preuves de leur présence étaient l'une des plus importantes découvertes faites dans les années 1990 par un engin spatial. La magnétosphère de Jupiter étant intense jusqu'au niveau de l'orbite d'Europe, elle exerce également une influence sur les ions présents dans son océan. Cela provoque un courant océanique d'une vitesse de quelques centimètres par seconde et dans un sens contraire à celui de la rotation d'Europe. Ce phénomène pourrait être responsable des failles observées à la surface du satellite. Foudre
La foudre produit des rayonnements électromagnétiques de différentes fréquences, notamment de la lumière visible, des ondes radio et des rayonnements de haute énergie. Ces rayonnements caractérisent la foudre. L'augmentation de la température dans le canal de la foudre, en revanche, produit des ondes sonores qui forment le tonnerre. La variation du champ électrique de décharge est également à l'origine d'autres types de phénomènes transitoires dans la haute atmosphère. En général, la foudre se produit en plus grand nombre pendant les orages. Lorsqu'une décharge tombe directement sur un sol sablonneux, l'immense température provoque la fusion de ses particules qui, une fois le courant coupé, fusionnent et forment un fulgurite, dont la forme acquise correspond au trajet de la décharge dans le sol. Éruption solaire de 1989
Le choc a créé une trentaine de variations brusques du champ magnétique terrestre, qui ont provoqué le déclenchement des mécanismes de protection des lignes de transport d'électricité, isolant le réseau de la Baie-James et entraînant une panne générale d'électricité qui a duré . décrivent la séquence des événements : Il s'agit des dégâts les plus importants causés par un orage magnétique. Prévision des orages violents
Ce mouvement ascendant, appelé "convection libre", est un processus libérateur d’énergie : l’énergie potentielle (énergie potentielle de convection disponible) emmagasinée dans l’atmosphère instable se transforme en énergie cinétique de déplacement. On obtient des orages quand l’énergie cinétique libérée permet d’atteindre au moins une altitude où la température est sous alors qu’elle est au-dessus de zéro près du sol. En effet, le mouvement des gouttelettes de nuages et de précipitations permet d’arracher des électrons par collision. Ceci est plus efficace lorsque les gouttelettes se changent en glace, ce qui statistiquement est plus probable à des températures inférieures à . Le transport de charges crée une différence de potentiel électrique entre la base et le sommet du nuage, ainsi qu’entre le nuage et le sol ce qui donnera éventuellement de la foudre. Éruption solaire
Entre le et le , des orages magnétiques obligent les contrôleurs aériens à modifier le trajet de certains avions, causent des perturbations dans les communications satellitaires, provoquent une coupure de courant d'environ une heure en Suède, et endommagent plusieurs transformateurs électriques en Afrique du Sud. Terre
Le champ magnétique terrestre a pour l'essentiel la forme d'un dipôle magnétique avec ses pôles actuellement situés près des pôles géographiques de la planète, l'axe du dipôle magnétique faisant un angle de 11° avec l'axe de rotation de la Terre. Son intensité à la surface terrestre varie de (soit à ), les valeurs maximales se trouvant aux latitudes faibles. Son moment magnétique global est de . Milieu interplanétaire
L'interaction entre le vent solaire, le champ magnétique terrestre et la haute atmosphère de la Terre provoque les aurores polaires. D'autres planètes possédant un champ magnétique important, comme Jupiter, connaissent des aurores polaires. Terre
Selon la théorie de l'effet dynamo, le champ magnétique est généré par les mouvements de convection de matériaux conducteurs au sein du noyau externe fondu. Bien que le plus souvent plus ou moins alignés avec l'axe de rotation de la Terre, les pôles magnétiques se déplacent et changent irrégulièrement d'alignement du fait de perturbations de la stabilité du noyau. Cela entraîne des inversions du champ magnétique terrestre à intervalles très irréguliers, approximativement plusieurs fois par million d'années pour la période actuelle, le Cénozoïque. La dernière inversion s'est produite il y a environ . Planète sans noyau
Le champ magnétique de la Terre provient de son noyau métallique liquide, mais dans les super-Terre la masse peut induire une pression importante avec une grande viscosité et une température de fusion élevée qui pourrait empêcher que l'intérieur de ces planètes se sépare en plusieurs couches et donc résulterait en un manteau indifférencié et sans noyau. L'oxyde de magnésium, qui existe sous forme rocheuse (solide) sur Terre, pourrait être liquide aux pression et température présentes à l'intérieur des super-Terre et donc générer un champ magnétique dans le manteau de ces planètes. Vent solaire
Elles peuvent générer sur Terre des courants continus sur les lignes à haute tension de grandes longueurs, ce qui provoque des surchauffes dans les transformateurs des postes électriques. Par exemple, en 1989 au Canada, environ six millions de personnes desservies par Hydro-Québec se sont retrouvées sans électricité à cause d'un orage magnétique. Elles peuvent également provoquer des courants induits dans les pipelines ce qui accélère leur corrosion. Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique terrestre joue un rôle essentiel dans le développement de la vie sur Terre, en déviant les particules mortelles du vent solaire formant ainsi les aurores boréales et australes. Géophysique appliquée
À la surface de la Terre, le champ magnétique varie dans l'espace et dans le temps. Les variations spatiales sont produites par les variations des propriétés magnétiques des matériaux environnants. Les variations temporelles sont la conséquence du changement d'orientation de la Terre par rapport au Soleil, la variation diurne, de l'activité solaire et des interactions électro-magnétiques dans la haute atmosphère. La prospection a pour objet de mettre en évidence la variation spatiale des propriétés magnétiques des matériaux (aimantation induite (dia-, para-, ferro-magnétique s.l.), aimantation rémanente (ferromagnétique s.l.). Ainsi, il faut corriger la variation temporelle du champ magnétique locale au cours de la prospection. Pour cela deux approches peuvent être utilisées : utiliser un magnétomètre en position statique comme base, ou mesurer le gradient local soit en utilisant un gradiomètre (gradiomètre fluxgate) ou un dispositif à double capteurs (pompage optique). Les magnétomètres à protons ont été les premiers à être utilisés. Les magnétomètres à pompages optiques permettent des cadences de mesures accrues (10 à 20 Hz). La technologie fluxgate permet des fréquences plus élevées et surtout permet d'alléger le dispositif de par la plus faible consommation électrique. Le pompage optique permet une mesure absolue de l'intensité du champ magnétique à une résolution de 0.1 nT à 10 Hz. Avec une technologie fluxgate, la mesure est uni-axiale ou tri-axiale mais avec une erreur instrumentale ne permettant pas d'atteindre une telle résolution. Épisode méditerranéen
Au cours de la fin des années 1970, l'amélioration des modèles informatiques, permet d'étudier beaucoup plus en détail les organisations orageuses. En 1976 aux USA, Browning identifie les orages supercellulaires, reconnus pour être des producteurs de phénomènes orageux particulièrement violents. En 1977, l'Europe et en particulier la France, lance à leurs tours, leurs propres programmes de satellites météo Météosat, afin d'accéder à des prévisions spécifiques sur le vieux continent. C'est à cette époque charnière, que les météorologues en apprennent davantage sur l'environnement synoptique favorable aux épisodes méditerranéens. Et ceux grâce à l'augmentation de la puissance et la finesse des modèles informatiques et des imageries satellites. Le pourtour méditerranéen est en passe d'être désenclavé des prévisions numériques globales du temps. Nuage de Oort
L'hypothèse de formation la plus largement acceptée est que les objets formant le nuage de Oort se seraient formés plus près du Soleil, selon le même processus d'accrétion qui a formé les planètes et les astéroïdes, mais que les interactions gravitationnelles des géantes gazeuses les auraient éjectés sur des orbites elliptiques ou paraboliques extrêmement longues. La masse actuelle du nuage (environ terrestres) ne représenterait plus qu'une petite partie de la masse éjectée ( terrestres). Sur les parties lointaines de ces orbites, les interactions gravitationnelles des étoiles proches et les effets de marée galactique ont modifié ces orbites pour les rendre plus circulaires. Ceci explique la forme presque sphérique du nuage de Oort externe. Des études récentes ont montré que la formation du nuage de Oort est plutôt compatible avec l'hypothèse d'une formation du Système solaire, à l'intérieur d'un amas, parmi . Ces étoiles auraient très certainement joué un rôle lors de la formation du nuage. Inversion du champ magnétique terrestre
Des tempêtes solaires mineures ont eu lieu en 2003, provoquant l’arrêt du réseau électrique suédois. En 1859, une série d'éruptions solaires avait provoqué des aurores boréales jusqu'aux iles caraïbes. Une inversion complète du champ magnétique pourrait conduire à l'extinction de tous les appareils électriques de la planète, . Magsat
Magsat est le premier satellite terrestre circulant en orbite terrestre basse qui emporte un magnétomètre vectoriel. Celui-ci mesure les trois composantes du champ magnétique, capable de dresser une carte, de lever les ambiguïtés dans la représentation du champ magnétique terrestre et de ses anomalies. Les anomalies magnétiques détectées sont le reflet de caractéristiques géologiques majeures telles que la composition et la température de la formation des roches, le magnétisme rémanent et la structure géologique à une échelle régionale. Magsat fournit des informations sur la structure de l'ensemble de la croûte terrestre. Champ magnétique planétaire
Le champ magnétique des astéroïdes nous est connu par l'aimantation rémanente des météorites qui en proviennent. L'existence d'une aimantation rémanente dans des météorites de différents types, différenciées ou non, est connue depuis les années 1960, mais son décryptage est resté longtemps difficile. Les techniques de désaimantation contrôlée s'étant depuis considérablement améliorées, des résultats concluants se sont accumulés depuis le début des années 2000. De nombreuses météorites sont porteuses d'une aimantation thermorémanente dont on peut montrer qu'elle a été acquise quand la météorite était encore au sein de son corps parent. Ces corps parents possédaient donc un champ magnétique, et d'autres astéroïdes sans doute aussi. Il semble ainsi que l'intérieur des corps parents des chondrites devait être différencié, au moins partiellement. Dans ce cadre, les chondrites proviendraient des couches externes de ces astéroïdes, non différenciées. Plasmagaine
La plasmagaine, ou feuillet plasmatique, est une zone composée d'un épais plasma chaud située en plein centre de la magnétogaine et de la magnétoqueue, deux zones périphériques du côté nuit de la magnétosphère terrestre. Contrairement à celles-ci, elle a une densité d'ions beaucoup plus élevée, soit de ainsi qu'une énergie ionique variant de . C'est une zone complexe régie par la physique des plasmas : sa configuration peut changer rapidement en quelques dizaines de minutes. Elle est formée de plasma provenant de la magnétoqueue et est causée par l'interaction entre les vents solaires et la magnétosphère terrestre. Mode sifflement
Lors d'un orage, un éclair crée une impulsion électromagnétique. Celle-ci, appelé parasite atmosphérique, contient un large spectre de fréquences et le paquet d'onde émis est ensuite guidé le long des lignes de champ magnétique de la Terre dans la magnétosphère et l'ionosphère. Pendant sa propagation, la dispersion fait son effet et l'onde est guidée jusqu'à l'hémisphère opposé du globe. Une antenne pourra enregistrer d'abord les fréquences hautes et donc aigües qui se propagent le plus vite dans le plasma magnétisé, puis le déferlement descendant des fréquences.