En générant un airglow artificiel au-dessus de l’Alaska pendant quatre jours, des chercheurs vont pouvoir étudier les propriétés d’une des couches les plus dynamiques et complexes de l’atmosphère terrestre.
D’après un communiqué repéré par Interesting Engineering, les chercheurs américains du High-Frequency Active Auroral Research Program (HAARP), en Alaska, ont débuté une expérience pas comme les autres. Depuis samedi 4 novembre, ils ont commencé à illuminer artificiellement le ciel de cette région arctique afin d’étudier les propriétés d’une couche spécifique de l’atmosphère.
Contrairement à ce que suggère le nom de cet institut de recherche, ce ne sont pas des aurores artificielles que les scientifiques cherchent à générer. Lors de cette expérience, ils se concentrent sur un autre phénomène appelé lueur du ciel nocturne, ou simplement lueur de l’air (airglow en anglais).
La lueur de l’air, qu’est-ce que c’est ?
Il s’agit d’une émission de lumière permanente par l’atmosphère de notre planète. Contrairement aux aurores, qui sont très structurées et arborent des couleurs vives, la lueur de l’air est plus diffuse, moins spectaculaire, et plus difficile à photographier. Pourtant, chacun d’entre nous l’observe toutes les nuits sans même s’en rendre compte ; c’est à cause de cet airglow que le ciel nocturne n’est jamais entièrement noir, même lorsqu’on supprime la lumière du Soleil qui se propage depuis l’autre côté de la Terre.
Au-delà de leur apparence, les deux phénomènes font aussi intervenir des mécanismes physiques différents. Tous deux sont provoqués par des particules chargées venues du Soleil qui excitent des molécules de la haute atmosphère, ce qui se traduit par une émission de lumière. La différence, c’est la source de cette excitation.
Dans le cas des aurores, elle est liée au magnétisme. Les molécules sont chargées en énergie par les interactions de ces particules chargées avec le champ magnétique terrestre. La lueur de l’air, en revanche, en est complètement indépendante. Les spécialistes savent qu’il s’agit de la résultante d’une multitude de facteurs différents, mais tous ne sont pas encore parfaitement compris.
Un bombardement d’ondes radio pour étudier l’ionosphère
Et c’est précisément l’objectif de cette expérience qui consiste à reproduire cette lueur artificiellement. Grâce à un ensemble de 180 antennes radio haute fréquence réparties sur une aire d’environ 130 000 m², ils génèrent un rayonnement d’environ 3,6 mégawatts afin d’exciter les électrons présents dans les couches supérieures de l’atmosphère, et plus précisément de ce qu’on appelle l’ionosphère.
Elle a la particularité d’être constituée en partie de plasma, c’est-à-dire de molécules qui ont été amputées de leurs électrons par les radiations solaires et cosmiques. Par conséquent, l’ionosphère contient de grandes quantités de particules chargées — des ions et des électrons libres — qui lui confèrent plusieurs propriétés importantes.
Elle joue notamment un rôle crucial dans les communications ; elle a la capacité de dévier les ondes radio, ce qui est important pour les communications longue distance. Comprendre le comportement de l’ionosphère est donc fondamental pour l’aviation, les opérations des satellites…
C’est aussi un témoin de l’activité solaire. Toutes les particules chargées qu’elle héberge sont directement influencées par de nombreux phénomènes originaires de notre étoile, tels que les éruptions solaires ou les éjections de masse coronale. L’ionosphère est aussi affectée directement par le champ magnétique terrestre. Au-delà de son intérêt pratique, c’est donc aussi une ressource très intéressante dans de nombreuses branches de la science fondamentale.
Un intérêt potentiel pour les satellites
En amplifiant ainsi la lueur de l’air, les chercheurs comptent tout d’abord étudier plus en détail les mécanismes qui la produisent. À ce jour, trois phénomènes principaux ont été identifiés : la recombinaison d’atomes ionisés par les photons du soleil, l’influence du rayonnement cosmique, et les réactions qui impliquent des radicaux libres — des molécules qui ont gagné ou perdu un électron. Ils pourront ainsi déterminer lesquels de ces facteurs pèsent le plus lourd dans l’équation, et peut-être en identifier d’autres.
Au-delà de ces travaux de fond, les chercheurs vont aussi s’attaquer à un problème plus concret. Le plasma de l’ionosphère est parcouru de vagues ; on parle d’ondes de plasma. Certaines études ont suggéré qu’elles pourraient amplifier d’autres ondes de très basse fréquence ; si c’était le cas, les satellites pourraient éventuellement les exploiter pour anticiper et éviter les collisions. Les chercheurs du HAARP vont donc tâcher de vérifier cette hypothèse.
