Les scientifiques de la NASA, avec une étude publiée dans la revue Nature, ont découvert l’existence d’une faiblesse champ électrique planétaire qui enveloppe la Terre entre les altitudes de 250 et 768 km de la surface. Notre planète n’est donc pas seulement dotée d’un champ gravitationnel et d’un champ magnétique, mais aussi d’un troisième champ électrique qui couvre un rôle fondamental dans la dynamique et l’évolution planétaires. Le champ électrique terrestre s’appelle champ « ambipolaire »car il génère un mouvement dans des directions opposées des électrons et des ions positifs. Il joue un rôle clé dans les mécanismes de fuite de particules chargées de l’atmosphère aux pôles Nord et Sud e modifier Aussi la forme de l’atmosphère terrestre lui-même, notamment en augmentant la hauteur de ses écailles.
Théorisé depuis les années 1960, ce champ électrique a toujours été difficile à détecter, et ce n’est que grâce à une mission spécifique de la NASA, la mission Endurance, qu’il a enfin été mesuré : pensez que son la tension n’est que de 0,5 Voltcorrespondant plus ou moins à celui d’un pile de montre communemais suffisant pour vaincre la force gravitationnelle et générer un flux de particules chargées qui s’échappent de l’atmosphère terrestre.
Comment l’existence du champ électrique terrestre a été théorisée
Les scientifiques soupçonnaient l’existence d’un champ électrique planétaire depuis les premières missions spatiales dans les années 1960. En effet, certains satellites lancés à cette époque, en survolant les régions polaires de notre planète, avaient mesuré une flux de particules chargées qui s’est déplacé de notre atmosphère vers l’espace, appelé « vent polaire ». Ce flux avait été mesuré notamment à haute altitude, dans le ionosphèrela région dans laquelle les gaz ionisés (atomes ou molécules dont les électrons ont été retirés) du rayonnement solaire sont présents.
Les scientifiques avaient initialement émis l’hypothèse d’un mécanisme par lequel le rayonnement solaire chauffait les particules, fournissant suffisamment d’énergie pour vaincre l’attraction gravitationnelle et s’échapper de l’atmosphère terrestre. Cependant, on s’est rendu compte que ce n’était pas le bon processus, étant donné que les particules étaient rapides, mais froides, et que c’est-à-dire qu’avec peu d’énergie thermique, il devait y avoir un autre mécanisme qui les poussait à la vitesse de fuite nécessaire pour se disperser dans l’espace. Le suspect le plus probable était un un type de champ électrique planétairecependant les instruments de l’époque n’étaient pas assez sensibles pour le mesurer.
Comment le champ électrique terrestre a été mesuré
Et c’est là que ça entre en jeu mission Endurance de la NASA. Conçue en 2016, la mission consistait en le lancement d’un vol suborbital près du pôle Nord, afin de voler avec des instruments spécifiques à travers ce vent polaire de particules. La fusée a décollé11 mai 2022 depuis la base de lancement spatial la plus septentrionale de la planète, en Îles Svalbard, atteignant une hauteur maximale de 768 kilomètres et suivant, dans les 19 minutes de la mission, une longue trajectoire suborbitale 518 kilomètres.
Pendant le vol, les instruments de bord ont finalement réussi à prouver l’existence du champ électrique terrestremesurant un différence de potentiel de seulement 0,55 Voltpratiquement la tension d’une pile de montre, entre les quotas de 250 et 768 km de la surface de la terre. Bien que petite, cette valeur était exactement ce qui était nécessaire pour expliquer la fuite des particules de l’atmosphère.
Comment fonctionne le champ électrique ambipolaire
Le Le faible champ électrique terrestre commence vers 250 km d’altitudeà la base du ionosphère terrestre où le rayonnement solaire enlève les électrons des atomes qui composent les gaz atmosphériques, générant un ensemble de électrons chargés négativement et ions chargés positivement.
Les électrons et les ions ont des masses très différentes, la électrons si légers qu’une petite poussée (énergie) suffit pour les faire échapper à l’attraction gravitationnelle de la Terre. Au contraire, si l’on considère le ion hydrogènefabriqué à partir d’un seul proton, c’est 1836 fois plus lourd qu’un électronainsi le champ gravitationnel de la Terre, attirant les objets plus lourds avec une plus grande force, a tendance à faire tomber les ions vers le sol, créant une séparation entre les ions et les électrons. Cependant, étant des particules de charges opposées, cette séparation génère un champ électrique ce qui contrebalance partiellement l’effet de la gravité.
Ce champ électrique est « ambipolaire » ou bidirectionnel, c’est-à-dire qu’il génère un mouvement dans des directions opposées à la fois des électrons et des ions positifs. Les ions ont tendance à entraîner les électrons avec eux lorsqu’ils s’enfoncent dans l’atmosphère en raison de la force gravitationnelle, tandis qu’à l’inverse, les électrons attirent les ions, les élevant vers de plus grandes hauteurs dans l’atmosphère lorsqu’ils tentent de s’échapper dans l’espace.
LE’effet net de ce champ magnétique « ambipolaire » est celui de étendre la hauteur de l’ionosphère jusqu’à 271 %élevant certains ions (principalement l’hydrogène et l’oxygène) à une hauteur telle que évadez-vous dans l’espace grâce au vent polaire. Les ions hydrogène, par exemple, subissent une force vers l’extérieur d’environ 11 fois plus puissant que la gravité terrestrede quoi les lancer dans l’espace à des vitesses supersoniques.