Dans une découverte majeure, une équipe de la NASA a enfin confirmé l’existence d’un troisième champ d’énergie global entourant la Terre : le champ ambipolaire. Cette avancée, publiée récemment, pourrait redéfinir notre compréhension de l’histoire géologique et atmosphérique de la planète. Ce champ, dont l’existence a été théorisée il y a plus de 60 ans, complète désormais les deux autres champs énergétiques majeurs que nous connaissons déjà : le champ gravitationnel et le champ magnétique terrestre.
Sommaire
Les champs d’énergie terrestres connus jusqu’à présent
Le champ gravitationnel
Le premier champ énergétique connu est bien sûr le champ gravitationnel, qui résulte de la masse de la Terre. Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, ce champ est produit par la distorsion de l’espace-temps autour de la planète. Ce champ gravitationnel est essentiel pour maintenir tout ce qui se trouve sur Terre en place, de l’atmosphère aux océans, en passant par les êtres vivants.
Le champ magnétique
Le deuxième champ est le champ magnétique terrestre, généré par la géodynamo. Ce phénomène est le résultat des mouvements rapides de fer et de nickel en fusion dans le noyau externe de la Terre. Ce champ protège la planète contre les vents solaires et les rayonnements cosmiques, en créant une sorte de bouclier magnétique autour de la Terre. Sans ce champ magnétique, la vie sur Terre aurait été beaucoup plus difficile à développer.
Un troisième champ théorisé depuis longtemps
Dès les années 1960, alors que l’exploration spatiale débutait, certains scientifiques ont commencé à théoriser l’existence d’un troisième champ d’énergie global. Ce champ serait capable d’influencer la dynamique des particules atmosphériques et de jouer un rôle fondamental dans l’évolution de l’atmosphère terrestre. Cependant, pendant plus de 50 ans, il n’a jamais été confirmé expérimentalement.
La chasse au champ ambipolaire
Une théorie intrigante
Le champ ambipolaire, tel qu’il a été théorisé, serait un champ électrique généré par la différence de charge entre les particules ionisées et les électrons dans l’atmosphère terrestre. À environ 250 km au-dessus de la surface de la Terre, la lumière solaire intense frappe l’atmosphère, libérant des particules dans l’espace, un phénomène que les scientifiques appellent le vent polaire. Ce vent polaire a intrigué les physiciens pendant des décennies en raison de ses caractéristiques inhabituelles.
Un mystère de particules à résoudre
Les premières missions spatiales ont permis de confirmer que des particules s’échappaient de l’atmosphère terrestre sous l’effet du rayonnement solaire. Mais, à la surprise des scientifiques, ces particules, censées être à haute température, étaient en fait froides, et elles se déplaçaient à des vitesses supersoniques. Ces observations ont conduit à la formulation d’une hypothèse selon laquelle un champ électrique, baptisé champ ambipolaire, maintiendrait les particules ensemble en dépit de leur différence de charge et de masse. Cependant, aucun instrument des années 60 et 70 n’était suffisamment sophistiqué pour mesurer ce champ électrique.
La percée de la NASA
L’intervention de Glyn Collinson
Ce n’est qu’en 2016 que Glyn Collinson, physicien au centre Goddard de la NASA, a décidé de reprendre cette enquête. Son équipe a développé un nouvel instrument capable de détecter ce champ électrique subtil, mais puissant. Après des années de préparation, cet instrument a été lancé en 2022 sur une petite fusée suborbitale appelée Endurance.
La mission Endurance
La mission Endurance était extrêmement brève : seulement 19 minutes entre le lancement et la récupération des données après que la fusée a plongé dans la mer du Groenland. Pourtant, ces quelques minutes ont suffi pour capturer des données cruciales. Endurance a mesuré une variation de potentiel électrique de 0,55 volt, une valeur extrêmement faible, mais suffisante pour confirmer l’existence du champ ambipolaire.
« Un demi-volt, ce n’est presque rien ; c’est l’équivalent d’une pile de montre. Mais c’est tout juste suffisant pour expliquer le vent polaire », a expliqué Collinson dans un communiqué de la NASA.
Une démonstration convaincante
Après deux ans d’analyse et de modélisation, l’équipe de Collinson a réussi à démontrer que cette variation de potentiel, bien que faible, était largement suffisante pour expliquer la fuite des atomes d’hydrogène de l’atmosphère terrestre. Ces résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature, levant ainsi les derniers doutes sur l’existence du champ ambipolaire.
Les implications de la découverte
Un nouvel outil pour comprendre l’atmosphère terrestre
La confirmation de l’existence du champ ambipolaire ouvre la voie à de nombreuses études sur l’évolution de l’atmosphère terrestre. Si les champs gravitationnel et magnétique ont joué un rôle central dans la formation et la protection de la planète, ce troisième champ pourrait également avoir influencé l’évolution des processus géologiques et biologiques.
« Ce champ est fondamental pour comprendre comment marche notre planète », déclare Collinson. « Il est présent depuis le tout début, aux côtés de la gravité et du magnétisme. Cela a probablement eu un impact sur l’évolution de l’atmosphère, et même laissé une marque sur les océans. »
Des impacts potentiels sur la vie terrestre
Le champ magnétique terrestre protège la Terre des particules de haute énergie provenant du vent solaire. Il est possible que le champ ambipolaire ait également contribué à cette protection en facilitant l’éjection de certaines particules hors de l’atmosphère. Si ce champ a effectivement joué un rôle dans l’évolution de l’atmosphère, il pourrait avoir indirectement influencé le développement des formes de vie sur la planète.
Des recherches à venir
Les scientifiques espèrent que la confirmation du champ ambipolaire conduira à de nouvelles études sur l’atmosphère terrestre, notamment sur la façon dont ce champ pourrait interagir avec les autres forces en jeu dans notre environnement spatial. Cette découverte pourrait également avoir des répercussions sur notre compréhension des exoplanètes et de leur habitabilité, en fournissant un nouveau cadre pour étudier l’atmosphère d’autres corps célestes.
