[:fr]Le souffle du « Vent Solaire » – La météorologie de l’espace proche et lointain [:pt]O sopro do “vento solar” – A meteorologia do espaço próximo e distante[:es]Sopla el “Viento Solar” – La meteorología del espacio cercano y lejano[:]

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Cesar Bertucci est chercheur au CONICET (Conseil national de la recherche scientifique et technique). Il travaille à l’IAFE (Institut d’Astronomie et de Physique de l’Espace) qui dépend du CONICET et de l’Université de Buenos Aires. Ses travaux portent principalement sur l’étude expérimentale des champs magnétiques et des plasmas dans le système solaire et plus particulièrement sur les corps atmosphériques faiblement magnétisés.

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Le lancement de la sonde soviétique Spoutnik en 1957 a marqué le début de l’ère spatiale. À partir de ce moment, l’humanité s’est lancée à la découverte de l’entourage proche et lointain de la Terre et a commencé à évaluer l’impact de l’environnement spatial sur notre planète. Les scientifiques ont identifié la source des phénomènes énergétiques du Soleil, au-delà de l’effet de son rayonnement (la lumière). En effet, outre les ondes électromagnétiques qui composent le rayonnement solaire, notre étoile libère un vent de plasma, c’est à dire, un gaz ionisé et magnétisé connu sous le nom de ‘Vent Solaire’. Le vent solaire se déplace à une grande vitesse (plusieurs centaines de km/s) dans tout le système solaire jusqu’à la l’héliopause où il rencontre les vents des étoiles voisines.

Lors de son voyage interplanétaire, le vent solaire interagit avec les différents objets du système solaire : planètes, lunes, comètes, astéroïdes avec des conséquences qui dépendent des propriétés physiques de ces objets telles que la présence d’un champ magnétique intrinsèque et/ou la présence d’une atmosphère.

Depuis 1957, plusieurs milliers de satellites envoyés dans l’espace ont fourni des mesures visant à comprendre les relations entre le Soleil et les objets du système solaire à partir des processus physiques qui ont lieu lorsque le vent solaire interagit avec les atmosphères et les champs magnétiques de ces objets. La manifestation la plus évidente de cette interaction est la formation, autour des objets les plus massifs (notamment, des planètes), de régions appelées « magnétosphères » où l’écoulement du vent solaire est fortement perturbé.

La météorologie de l’espace utilise les mesures des satellites et des modèles numériques afin d’étudier l’impact de l’activité solaire sur la Terre et sur d’autres planètes (Crédit : ESA/A.
Baker, CC BY-SA 3.0 IGO:)

Le type de magnétosphère dépend fortement de la présence ou l’absence d’un champ magnétique généré par l’objet. Dans le cas des objets magnétisés tels que la Terre, Mercure, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, la magnétosphère est la région où le champ magnétique de l’objet est plus fort que celui du vent solaire alors le champ magnétique planétaire devient une sorte de bouclier magnétique qui met l’atmosphère de l’objet à l’abri du vent solaire. Si, par contre, l’objet n’est pas suffisamment magnétisé (tels sont les cas de Mars et de Venus, de la Lune, de Titan ou encore de Saturne), le vent solaire est détourné par l’atmosphère de l’objet. Dans ce dernier cas le vent solaire érode l’atmosphère en provoquant l’échappement des particules (molécules et atomes) d’origine planétaire dans l’espace. Par exemple, le taux d’échappement atmosphérique actuel de Mars est de 2-3 kg d’hydrogène et oxygène combinés par seconde. Ceci implique que la planète rouge aurait pu perdre au cours de son histoire l’équivalent en eau d’un océan planétaire de 23 mètres de profondeur.

Le Laboratoire International Associé (LIA/IRP) MAGNETO, basé à Buenos Aires en Argentine, s’intéresse aux processus physiques qui ont lieu dans l’entourage électromagnétique de la Terre et d’autres planètes. Ce projet réunit des chercheur.e.s argentin.e.s et français.es appartenant respectivement au CONICET et au CNRS qui étudient des processus clés intervenant dans l’échange d’énergie de matière entre le vent solaire et les environnements magnétosphériques et atmosphériques des planètes Terre et Mars et du satellite Titan.

Les activités du LIA MAGNETO s’organisent autour de trois axes thématiques :

  • La turbulence et la reconnexion magnétique en tant que mécanismes de dissipation de l’énergie dans le vent solaire.
  • Le transfert de l’énergie et la quantité de mouvement dans les magnétosphères planétaires.
  • La météorologie de l’espace : l’impact des évènements solaires extrêmes sur les magnétosphères.

1. Systèmes fortement corrélés

La turbulence est un phénomène universel qui contribue fortement à la dissipation de l’énergie dans les gaz et les fluides. Aujourd’hui, plusieurs missionsmulti-satellites tels que Cluster, Themis ou la plus récente Magnetospheric MultiScale (MMS), ou encore mono-satellitaires comme la sonde Parker Solar Probe fournissent des mesures d’une qualité sans précédent qui permettent d’accéder à des échelles inexplorées et de valider des modèles de turbulence.

La reconnexion est un autre mécanisme fondamental qui contribue à la dissipation de l’énergie dans le vent solaire à partir d’une reconfiguration des champs magnétiques dans des régions très exigües de l’espace. Ce processus est à l’origine des phénomènes tels que les sous-orages magnétiques où le champ magnétique terrestre subit une reconfiguration globale en quelques heures en réponse aux perturbations du vent solaire, et dont la manifestation la plus visible est l’occurrence des aurores polaires.

2. Magnétosphères planétaires

Deux types d’obstacles peuvent freiner l’écoulement du vent solaire autour d’une planète : son champ magnétique et/ou son ionosphère (la couche supérieure ionisée de l’atmosphère). Dans le premier des cas, le champ magnétique génère une cavité dominée par le champ magnétique planétaire qui protège l’atmosphère de l’érosion du vent solaire. Dans le cas des planètes non magnétisées, le vent solaire interagit directement avec leurs ionosphères et exosphères en provoquant l’échappement de particules d’origine planétaire dans l’espace. Autour de Mars, cet échappement est suffisamment important pour imaginer que la planète aurait pu perdre une grande partie de l’eau qui traversait, hypothétiquement, sa surface autrefois. Des mécanismes responsables de l’échappement atmosphérique peuvent être identifiés notamment grâce aux données de la sonde Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN (MAVEN).

3. Météorologie de l’espace

L’écoulement du vent solaire est variable en fonction du cycle solaire (11 ans). Lorsque les éruptions solaires atteignent un maximum d’activité, elles deviennent de plus en plus fréquentes et énergétiques en générant des éjections de masse coronale (EMC) qui se propagent rapidement à travers le système solaire. L’impact des EMC sur les magnétosphères et les atmosphères des corps du système solaire peut avoir des conséquences très significatives telle qu’une augmentation du taux d’échappement atmosphérique.

Des données de sondes spatiales et des modèles numériques mis en place permettent de reconstituer toute la chaîne de processus associés aux événements solaires extrêmes. Il y a un intérêt croissant de la communauté scientifique à approfondir la compréhension des évènements extrêmes et de leur impact afin de protéger non seulement l’intégrité des systèmes spatiaux mais aussi les différents types d’organismes vivants.

Les membres du LIA MAGNETO lors du Kick-off meeting à Buenos Aires en février 2018 (Crédit : C.Bertucci)

Le projet MAGNETO a démarré ses activités en 2018 et réunit une vingtaine de chercheurs et chercheuses appartenant aux laboratoires suivants :

En Argentine :

  • Instituto de Astronomía y Física del Espacio (Université de Buenos Aires / CONICET)
  • Departamento de Física de l’Université de Buenos Aires
  • Departamento de Ciencias de la Atmósferas y Los Océanos de l’Université de Buenos Aires

En France :

  • Laboratoire d’Atmosphères, Milieux Observations spatiales, Guyancourt
  • Institut de recherche en Astrophique et Planétologie, Toulouse
  • Laboratoire de physique de plasmas, École Polytechnique, Palaiseau

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Cesar Bertucci é pesquisador do CONICET (Conselho Nacional de Pesquisa Científica e Técnica). Trabalha no IAFE (Instituto de Astronomia e Física Espacial) que depende do CONICET e da Universidade de Buenos Aires. O seu trabalho centra-se no estudo experimental dos campos magnéticos e dos plasmas no sistema solar e mais particularmente nos corpos atmosféricos pouco magnetizados.

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O lançamento da sonda soviética Sputnik em 1957 marcou o início da era espacial. A partir desse momento, a humanidade embarcou numa viagem para descobrir o espaço próximo e distante da Terra e começou a avaliar o impacto do ambiente espacial no nosso planeta.

Os cientistas identificaram a fonte dos fenômenos energéticos do Sol, além do efeito da sua radiação (a luz). De fato, além das ondas eletromagnéticas que compõem a radiação solar, a nossa estrela liberta um vento de plasma, ou seja, um gás ionizado e magnetizado conhecido como o “Vento Solar”. O vento solar atravessa o sistema solar em alta velocidade (centenas de km/s) até chegar à heliopausa onde encontra os ventos das estrelas vizinhas.

Durante a sua viagem interplanetária, o vento solar interage com os diferentes objetos do sistema solar: planetas, luas, cometas, asteroides com consequências que dependem das propriedades físicas destes objetos, como a presença de um campo magnético intrínseco e/ou a presença de uma atmosfera.

Desde 1957, milhares de satélites enviados para o espaço forneceram medições para compreender as relações entre o Sol e os objetos no sistema solar a partir dos processos físicos que ocorrem quando o vento solar interage com as atmosferas e os campos magnéticos destes objetos. A manifestação mais óbvia desta interação é a formação em torno dos objetos mais maciços (incluindo planetas) de áreas chamadas “magnetosferas”, onde o fluxo do vento solar é fortemente perturbado.

A meteorologia espacial utiliza medições de satélite e modelos numéricos para estudar o impacto da atividade solar na Terra e em outros planetas (Foto : ESA/A.Baker, CC BY-SA 3.0 IGO:)

O tipo de magnetosfera é altamente dependente da presença ou não de um campo magnético gerado pelo objeto. No caso de objetos magnetizados como a Terra, Mercúrio, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, a magnetosfera é a região onde o campo magnético do objeto é mais forte que o do vento solar, de modo que o campo magnético planetário se torna uma espécie de escudo magnético que protege a atmosfera do objeto do vento solar. Ao contrário, se o objeto não estiver suficientemente magnetizado (como Marte, Vênus, a Lua, Titã ou Saturno), o vento solar é desviado pela atmosfera do objeto. Neste último caso, o vento solar provoca a erosão da atmosfera, fazendo com que partículas (moléculas e átomos) de origem planetária escapem para o espaço. Por exemplo, a taxa atual de escape atmosférico de Marte é de 2-3 kg de hidrogênio e oxigênio combinados por segundo. Isso significa que, ao longo da sua história, o Planeta Vermelho poderia ter perdido o equivalente de água de um oceano planetário de 23 metros de profundidade.

O Laboratório Internacional Associado (LIA/IRP) MAGNETO, sediado em Buenos Aires, Argentina, está interessado nos processos físicos que ocorrem no ambiente eletromagnético da Terra e de outros planetas. Este projeto reúne homens e mulheres do CONICET argentino e do CNRS francês, que estudam processos-chave envolvidos no intercâmbio de energia de matéria entre o vento solar e os ambientes magnetosférico e atmosférico dos planetas Terra e Marte e do satélite Titã.

As atividades do LIA MAGNETO estão organizadas em torno de três eixos temáticos:

  • Turbulência e reconexão magnética como mecanismos de dissipação de energia no vento solar.
  • Transferência de energia e quantidade de movimento nas magnetosferas planetárias.
  • Meteorologia espacial: impacto de eventos solares extremos sobre as magnetosferas.

1. Sistemas altamente corelacionados

A turbulência é um fenômeno universal que contribui significativamente para a dissipação da energia nos gases e fluidos. Atualmente, várias missões multi-satélite como Cluster, Themis ou a mais recente Magnetospheric MultiScale (MMS), ou missões mono-satélite como a sonda Parker Solar Probe fornecem medições de qualidade sem precedentes que permitem o acesso a escalas inexploradas e a validação de modelos de turbulência.

A reconexão é um outro mecanismo fundamental que contribui para a dissipação de energia no vento solar a partir de uma reconfiguração dos campos magnéticos em áreas muito exíguas do espaço. Esse processo é a origem de fenômenos como as sub-tempestades geomagnéticas onde o campo magnético terrestre sofre uma reconfiguração global em poucas horas, consequência das perturbações do vento solar, cuja manifestação mais visível é a ocorrência da aurora polar.

2. Magnetosferas planetárias

Dois tipos de obstáculos podem diminuir o fluxo do vento solar ao redor de um planeta: seu campo magnético e/ou sua ionosfera (a camada superior ionizada da atmosfera). No primeiro caso, o campo magnético gera uma cavidade dominada pelo campo magnético planetário que protege a atmosfera da erosão do vento solar. No caso de planetas não magnetizados, o vento solar interage diretamente com suas ionosferas e exosferas, causando o escape de partículas planetárias para o espaço. Ao redor de Marte, esse escape é suficientemente importante para imaginar que o planeta poderia ter perdido uma grande parte da água que, hipoteticamente, fluía na sua superfície no passado. Alguns mecanismos responsáveis pelo escape atmosférico podem ser identificados em particular graças aos dados da sonda Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN).

3. Meteorologia do espaço

O fluxo do vento solar é variável de acordo com o ciclo solar (11 anos). Quando as erupções solares atingem uma atividade máxima, elas se tornam cada vez mais frequentes e energéticas, gerando ejeções de massa coronal (EMCs) que se espalham rapidamente por todo o sistema solar. O impacto das EMCs nas magnetosferas e atmosferas dos corpos do sistema solar pode ter consequências significativas, como um aumento da taxa de escape atmosférico.

Dados de sondas espaciais e modelos numéricos utilizados permitem reconstruir toda a cadeia dos processos ligados aos eventos solares extremos. A comunidade científica manifesta um interesse cada vez maior em aprofundar a compreensão dos eventos extremos e seu impacto, para proteger a integridade dos sistemas espaciais, assim como os diferentes tipos de organismos vivos.

Membros do LIA MAGNETO na reunião de abertura em Buenos Aires em fevereiro de 2018 (Foto : C.Bertucci)

O projeto MAGNETO iniciou as suas atividades em 2018 e reúne cerca de vinte pesquisadores dos seguintes laboratórios:

Na Argentina:

  •  Instituto de Astronomia e Física do Espaço (Universidade de Buenos Aires / CONICET)
  •  Departamento de Física da Universidade de Buenos Aires
  •  Departamento de Ciências da Atmosfera e dos Oceanos da Universidade de Buenos Aires

Na França:

  •  Laboratório de Atmosferas, Ambiente e Observações Espaciais, Guyancourt, França
  •  Instituto de Pesquisa em Astrofísica e Planetologia, Toulouse
  •  Laboratório de Física de Plasmas, École Polytechnique, Palaiseau

[:es]

César Bertucci es investigador del CONICET (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas de Argentina) y se desempeña en el IAFE (Instituto de Astronomía y Física Espacial), que depende del CONICET y de la Universidad de Buenos Aires. Su trabajo se centra en el estudio experimental de los campos magnéticos y plasmas en el sistema solar y, en particular, en los cuerpos atmosféricos débilmente magnetizados.

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El lanzamiento de la sonda soviética Sputnik en 1957 marcó el inicio de la era espacial. A partir de ese momento, la humanidad se propuso descubrir el entorno cercano y lejano de la Tierra y comenzó también a estudiar el impacto del ambiente espacial en nuestro planeta. Los científicos han identificado la fuente de los fenómenos energéticos del Sol, más allá de los efectos de su radiación (luz). Además de las ondas electromagnéticas que componen la radiación solar, nuestra estrella libera un viento de plasma, esto es, un gas ionizado y magnetizado conocido como “viento solar”. El viento solar viaja a gran velocidad (varios cientos de km/s) por todo el sistema solar hasta que alcanza la heliopausa donde se encuentra con los vientos de las estrellas vecinas.

Durante su viaje interplanetario, el viento solar interactúa con diferentes objetos del sistema solar: planetas, lunas, cometas, asteroides, y esta interacción tiene efectos que varían según las propiedades físicas de estos objetos, como ser, la presencia de un campo magnético intrínseco y/o la presencia de una atmósfera.

Desde 1957, varios miles de satélites enviados al espacio proporcionaron mediciones destinadas a comprender las relaciones entre el Sol y los objetos del sistema solar, basadas en los procesos físicos que tienen lugar cuando el viento solar interactúa con las atmósferas y los campos magnéticos de los objetos. La manifestación más obvia de esta interacción es la formación de regiones llamadas “magnetósferas” alrededor de los objetos más masivos (incluyendo los planetas), en las que el flujo del viento solar se ve fuertemente perturbado.

La meteorología del espacio utiliza mediciones satelitales y modelos numéricos para estudiar los efectos de la actividad solar en la Tierra y en otros planetas (Creditos : ESA/A.
Baker, CC BY-SA 3.0 IGO:)

El tipo de magnetósfera depende en gran medida de la presencia o ausencia de un campo magnético generado por el objeto. En el caso de los objetos magnetizados como la Tierra, Mercurio, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, la magnetósfera es la región donde el campo magnético del objeto es más fuerte que el del viento solar, por lo que el campo magnético planetario se convierte en una especie de escudo magnético que protege la atmósfera del objeto del viento solar. En caso de que el objeto no estuviera suficientemente magnetizado (como sucede con Marte y Venus, la luna Titán de Saturno), el viento solar es desviado por la atmósfera del objeto. Así, el viento solar erosiona la atmósfera, haciendo que las partículas (moléculas y átomos) de origen planetario escapen al espacio. Por ejemplo, la tasa actual de escape atmosférico de Marte es de 2-3 kg de hidrógeno y oxígeno combinados por segundo. Esto implica que el Planeta Rojo podría haber perdido el equivalente en agua de un océano planetario de 23 metros de profundidad en el curso de su historia.

El Laboratorio Internacional Asociado (LIA/IRP) MAGNETO, con sede en Buenos Aires, Argentina, investiga los procesos físicos que tienen lugar en el entorno electromagnético de la Tierra y otros planetas. Este proyecto reúne a investigadores e investigadoras argentinos y franceses del CONICET y el CNRS para estudiar los procesos que intervienen en el intercambio de energía de la materia entre el viento solar y los entornos magnetosférico y atmosférico de los planetas Tierra y Marte y el satélite Titán.

Las actividades del LIA MAGNETO se organizan en torno a tres ejes temáticos:

  • La turbulencia y la reconexión magnética como mecanismos de disipación de energía en el viento solar.
  • La transferencia de energía y cantidad de movimiento en las magnetósferas planetarias.
  • Meteorología espacial: los efectos de los fenómenos solares extremos en las magnetósferas.

1. Sistemas fuertemente correlacionados

La turbulencia es un fenómeno universal que contribuye de manera significativa a la disipación de energía en gases y fluidos. Hoy en día, varias misiones multisatélite como Cluster, Themis o la más reciente Magnetospheric MultiScale (MMS), o misiones de un solo satélite, como la Sonda Solar Parker, proporcionan mediciones de una calidad sin precedentes que permiten acceder a nuevas escalas y validar modelos de turbulencia.

La reconexión es otro de los mecanismos fundamentales que contribuyen a la disipación de energía en el viento solar a partir de una reconfiguración de los campos magnéticos en áreas muy pequeñas del espacio. Este proceso causa fenómenos como las subtormentas magnéticas, en las que el campo magnético de la Tierra sufre una reconfiguración global en pocas horas en respuesta a las perturbaciones del viento solar, y cuya manifestación más visible es la aparición de las auroras polares.

2. Magnetósferas planetarias

Hay dos tipos de obstáculos que pueden frenar el flujo del viento solar alrededor de un planeta: su campo magnético y/o su ionósfera (la capa superior ionizada de la atmósfera). En el primer caso, y como se dijo más arriba el campo magnético genera una cavidad dominada por el campo magnético planetario que protege la atmósfera de la erosión del viento solar. En el caso de los planetas no magnetizados, el viento solar interactúa directamente con sus ionósferas y exósferas, provocando que las partículas planetarias escapen al espacio. Alrededor de Marte, este escape es lo suficientemente grande como para imaginar que el planeta podría haber perdido gran parte del agua que, hipotéticamente, una vez fluyó a través de su superficie. Los mecanismos responsables del escape atmosférico pueden ser identificados en particular gracias a los datos de la sonda de Evolución de la Atmósfera y los Volátiles de Marte (MAVEN, por sus siglas en inglés).

3. Météorologie de l’espace

El flujo del viento solar varía según el ciclo solar (11 años). Cuando las erupciones solares alcanzan su máxima actividad, se vuelven cada vez más frecuentes y fuertes, generando eyecciones de masa coronal (CME, por sus siglas en inglés) que se extienden rápidamente por todo el sistema solar. El impacto de las CME en las magnetósferas y atmósferas de los cuerpos del sistema solar puede tener grandes consecuencias, como el aumento de la tasa de escape atmosférico.

Los datos proporcionados por las sondas espaciales y los modelos numéricos permiten reconstruir toda la cadena de procesos asociados a los fenómenos solares extremos. La comunidad científica se interesa cada vez más en profundizar la comprensión de los fenómenos extremos y sus repercusiones, con el fin de proteger no sólo la integridad de los sistemas espaciales, sino también los diferentes tipos de organismos vivos.

Los miembros del LIA MAGNETO durante la reunión de lanzamiento en Buenos Aires, en febrero de 2018 (Creditos : C.Bertucci)

El proyecto MAGNETO comenzó a funcionar en 2018 y reúne a una veintena de investigadores e investigadoras de los siguientes laboratorios:

En Argentina :

  • Instituto de Astronomía y Física del Espacio (Universidad de Buenos Aires / CONICET)
  • Departamento de Física de la Universidad de Buenos Aires
  • Departamento de Ciencias de la Atmósferas y Los Océanos de la Universidad de Buenos Aires

En Francia :

  • Laboratoire d’Atmosphères, Milieux Observations spatiales, Guyancourt
  • Institut de recherche en Astrophique et Planétologie, Toulouse
  • Laboratoire de physique de plasmas, École Polytechnique, Palaiseau

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