Des caméras de station spatiale révèlent comment les orages déclenchent des sursauts gamma

Un groupe de caméras scrutant la Terre depuis la Station spatiale internationale a repéré des centaines de flashs gamma se produisant dans le cœur des orages au cours de la dernière année. En comparant ces éclairs énigmatiques à la foudre qui sillonnent les mêmes tempêtes, les physiciens de l’espace ont commencé à élucider le mystère vieux de plusieurs décennies des causes des explosions de haute énergie.

Les chercheurs ont découvert que les éclats, appelés éclairs de rayons gamma (TGF), se forment lorsque de puissants champs électriques traversent l’atmosphère, juste avant qu’un éclair ne se déplace sur le même chemin. Les particules électriques chargées interagissent avec l'atmosphère pour produire un scintillement extrêmement rapide des rayons gamma, qui ne peuvent pas être vus à l'œil nu mais sont visibles par les caméras spécialisées qui regardent la station spatiale.

Les instruments ont fourni le meilleur aperçu de la relation entre la foudre ordinaire et les TGF, que les scientifiques connaissent depuis 1994 mais n’ont pas pu expliquer. «Cela change la donne», déclare Nikolai Østgaard, physicien de l'espace à l'université de Bergen en Norvège. Il a décrit les résultats de cette conférence lors d'une rencontre à la réunion de l'Union internationale de géodésie et de géophysique à Montréal, Canada, les 9 et 12 juillet.

Cet aperçu de la forme des TGF provient du moniteur d’interactions atmosphère-espace (ASIM), un ensemble de caméras et de capteurs en forme de boîte construit par plusieurs universités et entreprises européennes et dirigé par l’Université technique du Danemark, près de Copenhague. ASIM a été lancé sur la station spatiale en avril 2018. Contrairement aux autres missions qui étudient l'électricité atmosphérique, il a été conçu pour étudier simultanément la foudre ordinaire et les TGF avec un niveau de détail extraordinaire.

Flashs de perspicacité

Au cours de ses 10 premiers mois de collecte de données, ASIM a repéré 94 fois des TGF et des éclairs très proches les uns des autres. Plus de la moitié ont suivi la même séquence: une faible impulsion de lumière est apparue, peut-être après que des particules chargées électriquement aient commencé à se déplacer le long d'un canal conducteur de l'orage. Ensuite, le TGF a éclaté, projetant des rayons gamma partout. En quelques centaines de microsecondes, une énorme impulsion de courant électrique circulait le long de ce même chemin chargé électriquement, provoquant la foudre.

Les données corroborent la théorie selon laquelle il faut un champ électrique faible mais puissant à l'extrémité du canal conducteur pour produire un TGF, explique Østgaard. Certaines théories concurrentes avaient suggéré que les TGF se forment lorsqu'un orage crée un champ électrique puissant, mais beaucoup plus important, dans les nuages. «Nos résultats ont vraiment apporté beaucoup de soutien à la première idée», déclare Østgaard. "Nous avons résolu la question."

Les nouvelles données sont "inspirantes", déclare David Smith, physicien de l'espace à l'Université de Californie à Santa Cruz. Joseph Dwyer, physicien de l'espace à l'Université du New Hampshire à Durham, espère que les observations «nous orienteront dans la bonne direction» pour déterminer comment se forment les TGF.

Les chercheurs de l'ASIM doivent encore vérifier la comparaison de ses observations avec d'autres mesures des mêmes tempêtes, et voir si la relation constatée entre les TGF et la foudre est durable, car elle en voit de plus en plus.

Chasseurs de tempête

ASIM devrait continuer à travailler pendant au moins deux ans. L'équipe espère voir beaucoup plus de TGF pendant cette période. «C’est comme aller à la pêche et il suffit d’attendre le gros poisson», dit Østgaard.

Lui et ses collègues pourraient même essayer de voir de plus près ces énigmes d’orage. ASIM regarde à une altitude d’environ 400 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre et les TGF se produisent entre environ 11 et 13 kilomètres au-dessus de la surface. Østgaard et d’autres espèrent voir les TGF à proximité d’un avion volant au-dessus des orages équipés de détecteurs de rayons gamma.

Ces vols de recherche pourraient avoir lieu dès 2021 et donner une autre vision des éclairs mystérieux.