Selon un article publié dans la revue Nature, les flux d'électrons dans les ceintures de rayonnement de la Terre résultent des interactions des rayons cosmiques avec les atomes des couches supérieures de l'atmosphère de la planète, «assommant» les neutrons.
«Pour la première fois, nous avons pu détecter la création de ces électrons à haute énergie au bord intérieur des ceintures de Van Allen. Nous avons réussi à résoudre l'énigme sur laquelle les physiciens s'interrogent depuis près de six décennies », a déclaré Xinlin Li de l'Université du Colorado à Boulder (USA).
La Terre, contrairement à Vénus et à un certain nombre d'autres planètes du système solaire, a son propre champ magnétique, qui est généré à la suite du mouvement des flux liquides de métal dans son noyau. Ce champ magnétique agit comme une sorte de «bouclier» qui réfléchit les rayons cosmiques, les particules chargées à haute énergie, et protège la Terre du vent solaire et des éjections de masse coronale sur le Soleil.
Les traces de son existence sont les soi-disant ceintures de van Allen - deux régions à des altitudes d'environ 6000 et 60000 kilomètres de la surface de la Terre, où se trouvent un grand nombre de protons et d'électrons de haute énergie, «capturés» par le champ magnétique terrestre et se déplaçant dans une sorte de piège magnétique. Leur interaction avec l'atmosphère génère de belles aurores boréales et, lors des éruptions solaires, entraîne des interférences radio et d'autres problèmes techniques.
L'un des principaux mystères des ceintures de Van Allen depuis leur découverte en 1958 est la provenance des électrons et des protons de haute énergie qui habitent le bouclier anti-rayonnement terrestre et génèrent des éruptions aux pôles de la planète. Comme le note Lee, les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que leur source est des rayons cosmiques entrant en collision avec des atomes dans l'atmosphère, mais ils n'en avaient pas de preuves sans équivoque.
Un problème supplémentaire est que les rayons cosmiques, générés par les explosions de supernova et l'activité pulsar, «bombardent» la Terre à peu près à la même fréquence, tandis que le nombre et les propriétés des électrons dans les ceintures de Van Allen peuvent changer radicalement à une vitesse très élevée. Cela fait douter de nombreux chercheurs que ces électrons résultent de la désintégration des neutrons, que les rayons cosmiques «assomment» des atomes d'azote et d'oxygène.
Pour tester ces idées, Lee et ses étudiants ont assemblé le microsatellite CSSWE, équipé d'homologues miniatures des détecteurs d'électrons et de protons développés à l'Université du Colorado pour les sondes RBSP lancées par la NASA en août 2012 afin d'étudier la structure des ceintures de Van Allen.
Ce satellite a été lancé sur une orbite inférieure, et il a étudié non pas les couches internes des ceintures de Van Allen, mais le bord inférieur de sa première partie, où, comme les scientifiques l'ont suggéré, des électrons et des protons devraient naître lors de collisions de molécules de gaz et "d'invités de l'espace".
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De telles collisions, comme l'expliquent les scientifiques, devraient conduire à la production de protons et d'électrons dans des gammes d'énergie très étroites, de sorte qu'ils puissent être facilement calculés et estimés à quelle fréquence les rayons cosmiques entrent en collision avec les atomes atmosphériques, et comprendre quel rôle ils jouent dans le remplissage des ceintures de Van Allen et comment ils y parviennent.
Comme ces mesures l'ont montré, de tels électrons se produisent en grande quantité à une altitude approximativement égale au rayon de la Terre, et la vitesse de leur formation et leurs propriétés sont restées constantes dans toutes les régions et à toutes les altitudes. Cela plaide en faveur du fait qu'ils sont en fait générés par les rayons cosmiques.
De plus, cela est démontré par le nombre d'électrons enregistrés par le CSSWE - leur nombre, comme le notent les scientifiques, correspond presque idéalement au nombre de neutrons qui devraient générer des rayons cosmiques. Tout cela, par conséquent, témoigne du fait que presque tous les électrons participant à la naissance des aurores sont véritablement d'origine «cosmique».
