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Sciences

David J. Knudsen, poussé par le vent... solaire

Dr. David J. Knudsen

David J. Knudsen est professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Calgary. Depuis son arrivée au Canada en 1992, il a participé à cinq missions spatiales canadiennes. Il a notamment été responsable du développement d'instruments scientifiques et de l'analyse des données recueillies pendant certaines missions. Son travail porte principalement sur l'origine et les conséquences des aurores.

Les aurores peuvent revêtir plusieurs formes dynamiques et spectaculaires : rideaux, ondulations, spirales, taches animées de pulsations, rayons scintillants. Nous savons peu de choses sur leur structure variable.
(Photo : © Jouni Joussila)

« Dans les encyclopédies, les articles sur les aurores donnent l'impression que ce phénomène n'a plus de mystères pour nous. Pourtant, certaines questions sont toujours sans réponse, même après des décennies de recherche sur le sujet. Ces articles affirment habituellement que les aurores sont causées par le vent solaire, mais les électrons des aurores possèdent des milliers de fois plus d'énergie que les électrons du vent solaire. »

« Il se peut aussi que les électrons des aurores ne proviennent pas du Soleil, mais qu'ils soient plutôt attirés de la froide et dense ionosphère vers la magnétosphère, où ils seraient alors animés par des mécanismes qui ne sont pas encore tout à fait connus. »

« Dans mon travail, j'utilise des détecteurs, des fusées-sondes et des données satellitaires afin de mesurer la température et les vents de l'ionosphère, qui sont des indicateurs du champ électrique qui alimente les aurores. Avant même de pouvoir expliquer correctement les aurores, nous devons comprendre parfaitement l'immense circuit électrique dont elles font partie. »

La mission Swarm a été proposée dans le cadre du programme Earth Explorer. La constellation Swarm permettra d'étudier la dynamique du champ magnétique de la Terre et ses interactions avec le système terrestre. (Image : ESA)

M. Knudsen participe à la captivante mission Swarm du programme Earth Explorer de l'Agence spatiale européenne (ESA).

« Le champ géomagnétique de la Terre change rapidement, au point où le pôle Nord magnétique pourrait quitter le territoire canadien d'ici quelques décennies. Certains scientifiques prétendent même que le dipôle magnétique est sur le point de s'inverser, du Nord vers le Sud. Les données géologiques indiquent d'ailleurs que ce phénomène se reproduit régulièrement, à quelques centaines de milliers d'années d'intervalle. La mission Swarm a pour objectif d'étudier l'évolution du champ géomagnétique au moyen de trois satellites en orbite dans l'ionosphère. L'ESA a invité le Canada à doter les trois satellites Swarm d'un instrument de mesure des champs électriques (CEFI, pour Canadian electric field instrument) basé sur l'imageur d'ions suprathermiques (SII), un instrument canadien de détection de particules ayant déjà fait ses preuves, pour mesurer avec précision les vents ioniques. »

Aurore boréale photographiée au-dessus de la Finlande.
(Photo : © Jouni Joussila)

GEODESIC, une mission canadienne fructueuse lancée depuis l'Alaska en 2000, comportait un SII. M. Knudsen a dirigé cette mission. Lui et les membres de son équipe ont fait quelques découvertes intéressantes lors de l'analyse des données recueillies au cours des quinze minutes de vol de la fusée.

Des missions telles que GEODESIC nécessitent des instruments fabriqués sur mesure. « Le SII et les autres instruments semblables sont tellement spécialisés qu'il est impossible de se les procurer sur le marché. En fabriquant un instrument, on se familiarise avec ses capacités et son fonctionnement, et c'est cette familiarité qui facilite l'analyse de données recueillies par l'appareil. »

Essai de déploiement de l'antenne (Photo : Bristol Aerospace, archives de l'Institute for Space Research, Université de Calgary)

Les lancements spatiaux sont d'une violence inouïe. Les instruments encaissent un tel niveau de vibrations que l'on doit s'attendre à ce que quelques pépins surviennent. « Lors du premier vol du SII, une défaillance a provoqué le déploiement prématuré des mâts sur lesquels étaient installés l'imageur et son double. Malgré le déploiement brutal, le SII a tenu le coup et a pu compléter sa mission. Un de mes étudiants, qui tentait de déchiffrer les données recueillies, a réalisé qu'elles prenaient tout leur sens s'il tenait compte de la position des instruments suite au déploiement prématuré du mât. »

« Comme elles se produisent à la frontière de l'espace, les aurores sont suffisamment éloignées pour faire de l'envoi d'un instrument scientifique un réel défi et juste assez rapprochées pour rendre irrésistible l'envie d'y retourner. »