Les tempêtes solaires sont importantes pour la formation des aurores boréales, également appelées Lumières du Nord, l'un des phénomènes naturels les plus étonnants. Cet événement de radiation magnifique apparaît lorsque les particules de vent solaire accélérées par les tempêtes solaires interagissent avec le champ magnétique et l'atmosphère de la Terre.
C'est ainsi que cela fonctionne :
Interaction avec le champ magnétique
Lorsque les particules solaires (principalement des protons et des électrons) arrivent sur Terre, elles suivent les lignes de champ magnétique vers les pôles où il y a moins de magnétisme et peuvent ainsi pénétrer dans l'atmosphère.
Collisions avec des particules atmosphériques
Dans les régions polaires, les ions solaires entrent en collision avec des molécules d'oxygène ou d'azote qui font partie des gaz atmosphériques de la Terre. Ces collisions entraînent un état excité pour les molécules de gaz, ce qui signifie que certains électrons dans ces molécules peuvent brièvement changer de niveaux d'énergie pour des niveaux supérieurs.
Émission de lumière
Après un court instant, les électrons excités dans les molécules atmosphériques retournent à leur niveau d'énergie d'origine en émettant de la lumière. En fonction des différents types de gaz et de l'altitude à laquelle la collision a eu lieu, cette lumière peut être verte, rouge, bleue ou violette. En particulier, l'oxygène émet principalement des lumières vertes et rouges, tandis que l'azote émet des lumières bleu-violettes.
Présentation visuelle
C'est à cause de ces interactions qu'il existe un magnifique spectacle lumineux appelé Aurore Boréale qui se produit dans les cieux nocturnes. Cela se produit principalement autour des régions polaires en raison de leur proximité avec les pôles magnétiques, mais parfois, lors de tempêtes solaires intenses, cela peut encore être observé même à des latitudes plus basses.
Ainsi, une tempête solaire non seulement initie des aurores, mais influence également leur intensité ainsi que la région dans laquelle elles apparaissent. En observant les tempêtes solaires, il est possible de prédire quand et où exactement les aurores deviendront visibles.
Les tempêtes solaires sont des occurrences météorologiques spatiales intenses résultant d'une interaction complexe entre la surface du Soleil ainsi que l'environnement plasmatique environnant (champs magnétiques). Elles se manifestent sous différentes formes comme des éruptions de flare connues sous le nom d'éjections de masse coronale (EMC) et un vent solaire rapide.
Ce qui suit révèle comment chacun de ces phénomènes contribue à une tempête solaire :
Éruptions solaires
Les éruptions solaires sont des explosions soudaines et intenses à la surface du Soleil qui émettent de grandes quantités de radiation électromagnétique, y compris de la lumière, des ondes radio et des rayons X. Cela se produit lorsque l'énergie magnétique stockée dans l'atmosphère du soleil est soudainement libérée. Parfois, ces éruptions peuvent prendre seulement quelques minutes à quelques heures avant d'atteindre la Terre, perturbant ainsi les systèmes de communication radio ou même causant des dommages directs aux équipements satellites.
Éjections de masse coronale (EMC)
Les EMC sont d'immenses nuages remplis de particules chargées électriquement propulsées dans l'espace par le soleil. Elles sont capables de transporter plusieurs milliards de tonnes de matière coronale tout en voyageant à plusieurs centaines à plusieurs milliers de kilomètres par seconde. En atteignant la Terre, elles peuvent provoquer des tempêtes géomagnétiques qui créent des courants électriques dans l’atmosphère terrestre et à sa surface, entraînant des collapsus sur les lignes électriques ainsi que des interruptions dans les systèmes de communication et de navigation.
Augmentation du vent solaire et des flux de particules
Le soleil libère en continu des particules chargées électriquement appelées vent solaire dans l'espace. Avec des changements réguliers de leur densité numérique ou de leur vitesse, notamment associés aux EMC, les effets sur le champ magnétique de la Terre peuvent être amplifiés, provoquant ainsi une activité géomagnétique accrue.
Effets de la météo spatiale
Tous ces processus peuvent affecter l'ionosphère et le champ magnétique de la Terre, produisant à leur tour plusieurs impacts de la météo spatiale tels que des aurores, des distorsions des ondes radio, des dangers pour les astronautes dans l'espace et des problèmes potentiels pour les réseaux électriques terrestres. Il est important de surveiller et de prédire les tempêtes solaires afin qu'elles aient un impact minimal.
Risques des tempêtes solaires
Les tempêtes solaires entraînent différents résultats sur Terre, dont certains sont dangereux spécifiquement pour la technologie moderne et les infrastructures. Par conséquent, nous allons voir comment les tempêtes solaires peuvent nous influencer.
Systèmes de communication ou de navigation
Des vents solaires puissants peuvent perturber les communications radio ainsi que les signaux GPS. Cela est particulièrement crucial pour le transport aérien et maritime, où des communications et une navigation précises sont vitales pour la sécurité.
Satellites
L'activité solaire pourrait augmenter le volume de l'atmosphère autour de la Terre, augmentant ainsi la traînée sur les satellites en orbite basse, ce qui pourrait les amener à changer d'orbite ou même à se désintégrer lors de leur rentrée dans l'atmosphère. De plus, les vents solaires endommagent les composants électroniques et les cellules solaires des satellites.
Réseaux électriques
La conséquence potentiellement la plus grave d'une tempête solaire est son impact sur les réseaux électriques. Une combinaison du champ magnétique de la Terre avec des particules solaires, appelée tempêtes géomagnétiques, peut induire un courant dans les réseaux électriques à grande échelle, entraînant des surcharges de transformateurs et des coupures de courant prolongées.
Radiation
À des latitudes élevées, où se trouvent les astronautes lors des vols en avion, il y a une augmentation de la radiation due à l'activité solaire, augmentant ainsi le risque d'exposition aux radiations, nécessitant des mesures spéciales pour protéger ceux soumis à de telles conditions.
Dommages causés par les intempéries spatiales
Bien que visuellement impressionnantes, les aurores peuvent également indiquer un événement géophysique solide causé par des tempêtes solaires.
Bien que les tempêtes solaires extrêmes ne se produisent pas assez souvent, les scientifiques et les ingénieurs surveillent toujours les activités de notre voisin solaire afin de pouvoir prédire les risques à l'avance et de les réduire si cela se produit.
Par exemple, le Service de Météorologie Spatiale de la NOAA dispose de systèmes d'alerte précoce visant à préparer les gens aux tempêtes solaires à venir.
Il y a déjà eu des incidents significatifs associés aux conséquences des phénomènes météorologiques spatiaux affectant la Terre, y compris des infrastructures et des technologies endommagées. Voici quelques exemples :
Québec, Canada en 1989
L'exemple le plus célèbre de dommages causés par une tempête solaire s'est produit le 13 mars 1989, lorsqu'une puissante tempête solaire a provoqué une tempête géomagnétique sur Terre. En conséquence, elle a causé d'énormes courants à la centrale hydroélectrique d'Hydro-Québec au Canada, entraînant de graves coupures de courant. Pendant neuf heures, plus de six millions de personnes ont été privées d'électricité.
Suède en 2003
Lors de l'une des plus grandes tempêtes solaires jamais enregistrées – les tempêtes d'Halloween en raison de leur occurrence en octobre 2003 – les réseaux électriques suédois ont connu de graves problèmes avec les transformateurs, entraînant des pannes de courant et des problèmes de transmission sur le réseau.
Dommages aux satellites
Certains satellites ont été détruits ou ont échoué en raison d'une augmentation de l'activité solaire au fil du temps. Ces dommages incluent des pannes de communication ainsi que des courts-circuits et des dommages électroniques causés par des particules chargées dans l'espace.
Influence sur le transport aérien
Ces événements pourraient affecter les processus aériens, en particulier pour les vols polaires qui font face à des niveaux plus élevés de radiation cosmique, les rendant plus vulnérables aux défaillances de communication et de navigation.
Bien que rares, ces événements soulignent la nécessité de surveiller les activités du soleil ainsi que de prendre les précautions nécessaires pour nos infrastructures critiques, comme l'ont constaté les parties prenantes responsables à travers les nations qui visent à réduire les impacts futurs possibles, rendant ainsi leurs réseaux électriques et systèmes techniques plus résilients.
En 1859, il y a eu la plus grande tempête solaire jamais enregistrée, connue sous le nom d'Événement Carrington. Cette tempête magnétique très forte a été rapportée et nommée par l'astronome britannique Richard Carrington qui a observé d'énormes éruptions solaires.