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Des fusées pour détecter le circuit électrique qui alimente les aurores boréales

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Des fusées pour détecter le circuit électrique qui alimente les aurores boréales

Les courants auroraux sont un type de courant aligné sur le champ – un courant électrique circule le long des lignes de champ magnétique de la Terre. Le flux auroral a transporté des particules chargées (électrons et ions) de l’espace dans notre atmosphère et de nouveau dans l’espace. Crédit : NASA

Une mission de fusée financée par la NASA se dirige vers l’espace pour mesurer le circuit électrique mondial qui se trouve sous les aurores boréales. Lors de son deuxième vol dans l’espace, l’instrument Aurora Current and Electrodynamics Structures II, ou ACES II, sera lancé depuis Andøya Space à Andenes, en Norvège. La fenêtre de lancement s’ouvre le 16 novembre 2022 à 18 h 00, heure locale.

Au-dessus de nous, des électrons de l’espace se déversent dans notre ciel. Au fur et à mesure que les lignes de champ magnétique de la Terre se lissent, elles entrent en collision avec les gaz de notre atmosphère, les faisant briller. Depuis la Terre, les observateurs voient des stries scintillantes de rubis et d’émeraudes : Aurores boréales et Australis, ou les aurores boréales et australes.

Mais l’aurore n’est qu’une partie d’un système beaucoup plus vaste. Comme une ampoule branchée sur une prise électrique, elles sont alimentées par un circuit électrique plus large qui relie notre planète à l’espace proche de la Terre.

« Ce sont ces électrons entrants à haute énergie qui produisent l’affichage auroral que nous connaissons, mais il y a aussi une partie du système qui n’est pas visible », a déclaré Scott Pounds, physicien de l’Université de l’Iowa et chercheur principal d’ACES II. Expédition.

Tout comme les particules chargées affluent vers l’intérieur, un flux de particules chargées s’écoule de notre atmosphère vers l’espace. Ensemble, ce flux entrant et sortant complète un circuit électrique universel connu sous le nom de courant auroral.

Animation des aurores boréales – « l’anneau » autour des régions polaires de la Terre dans lesquelles se forment les aurores boréales. Crédit : NASA/Cellab

L’un des plus grands mystères du flux auroral est ce qui se passe au « point tournant », où l’afflux se termine et l’écoulement commence. Ce changement dans ionosphèreune couche de notre atmosphère qui commence à environ 40 miles de large et s’étend dans l’espace, où les particules chargées et les gaz neutres coexistent et interagissent.

L’ionosphère est comme une ville frontalière animée où des voyageurs de pays différents, ne connaissant pas les coutumes de l’autre, se rencontrent et échangent leurs marchandises. Celles qui viennent d’en haut sont des particules chargées électriquement de l’espace. Ils sont habitués aux chemins de grands espaces ouverts, se heurtant rarement les uns aux autres. elles ou ils charge électrique Il les maintient attachés aux lignes de champ magnétique de la Terre, dont il orbite lorsqu’il descend dans notre atmosphère ou dans l’espace.

Ceux qui arrivent d’altitudes plus basses sont des gaz neutres de notre air. Ils s’écrasent sur des foules denses, faisant des allers-retours des centaines de fois par seconde. Sans charge électrique, ils se déplacent librement à travers lignes de champ magnétique Il est porté par le vent.

Dans l’ionosphère, ces deux groupes fusionnent – entrent en collision, fusionnent et se séparent à nouveau, interagissant de manière complexe. C’est une scène chaotique. Cependant, c’est ce mélange turbulent dans l’ionosphère qui maintient le flux auroral en mouvement.

Jusqu’à présent, la plupart des études sur le flux auroral ont mesuré les entrées et les sorties du haut de l’ionosphère, en faisant des hypothèses simplistes sur ce qui se passe en dessous. ACES II est conçu pour résoudre ce problème, en capturant un « instantané » de l’ensemble du flux auroral à un instant donné. La stratégie consiste à lancer deux fusées : une « haute volée » qui mesure les particules entrant et sortant de notre atmosphère, et une « basse volée » qui sera témoin, en même temps, de l’échange dynamique dans l’ionosphère qui maintient tout en mouvement. .

Des fusées pour détecter le circuit électrique qui alimente les aurores boréales

Fiche technique ACES II (cliquez pour agrandir) Crédit : NASA

Au centre spatial Andoya à Andenes, en Norvège, l’ellipse aurorale – « l’anneau » magnétique qui entoure le pôle magnétique nord de la Terre et dans lequel se forment les aurores boréales – passe au-dessus chaque nuit. Pounds et son équipe attendront que l’ovale auroral soit au-dessus de leurs têtes – leur preuve que le courant auroral coule au-dessus de leurs têtes.

L’équipe lancera ensuite l’avion de haut vol, visant une altitude d’environ 255 miles (410 kilomètres). Son objectif est de voir des flux de particules entrer et sortir de notre atmosphère. Environ deux minutes plus tard, ils tireront le jet bas à travers les parties inférieures de l’ionosphère, culminant à environ 99 miles (159 km). Son objectif est de capter l’échange d’énergie qui a lieu au point de basculement, là où le flux entrant se transforme en flux sortant.

La trajectoire des deux missiles est alignée Cosmos et le temps, pour s’assurer qu’ils mesurent différentes parties du même courant. Comme toutes les fusées-sondes, les vols à haute comme à basse altitude prendront leurs mesures et reviendront sur Terre après quelques minutes.

L’appareil ACES a déjà volé une fois auparavant, lancé depuis le Poker Flat Research Range à Fairbanks, en Alaska, en 2009. Là, il a survolé une aurore active et turbulente. C’était comme mesurer la météo pendant une journée particulièrement venteuse.

« Nous avons obtenu d’excellents résultats, mais ce que nous voulons comprendre pour ce voyage, c’est la » condition moyenne «  », a déclaré Pounds. Andøya est située près du pôle nord magnétique de la Terre, ce qui signifie que les aurores les plus douces et les plus courantes qui ne sont pas aussi répandues que l’extrême sud peut plus y accéder.

Si tout se passe comme prévu, ACES II aidera les scientifiques à modéliser le flux auroral dans son ensemble, y compris sa partie la plus difficile : notre ionosphère.

« Ce n’est qu’un cas – il ne répond pas à toutes les questions », a déclaré Pounds. « Mais cela nous donne un point de données dont nous avons besoin. »

la citation: Rockets to Uncover the Electric Circuit Powering the Northern Lights (16 novembre 2022) Extrait le 16 novembre 2022 de https://phys.org/news/2022-11-rockets-uncover-electric-circuit-powers.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

Les humains du futur utiliseront-ils des moteurs de distorsion pour explorer l’univers ? Nous ne sommes pas en mesure d’éliminer cette possibilité. Mais si nos lointains descendants le faisaient, cela ne l’inclurait pas Cristaux de dilithiumEt Dialectes écossais D’ici là, cela s’évaporera dans l’histoire.

Warp Drives trouve ses racines dans l’un des films de science-fiction les plus célèbres de tous les temps, mais il a une base scientifique. Un nouveau document de recherche examine la science derrière cela et se demande si le fait de ne pas contenir un moteur de distorsion émettrait des ondes gravitationnelles détectables.

Le document est intitulé «Ce que personne n’a vu auparavant : des formes d’ondes gravitationnelles générées par l’effondrement d’un moteur de distorsion.Les auteurs sont Katie Clough, Tim Dietrich et Sebastian Kahn, physiciens issus d’institutions du Royaume-Uni et d’Allemagne.

Il y a de la place pour les moteurs de torsion dans la relativité générale, et le physicien mexicain Miguel Alcubierre a décrit comment ils pourraient fonctionner théoriquement en 1994. Il est bien connu dans les cercles spatiaux et physiques pour ses recherches. Moteur Alcubierre.

Tout le monde sait qu’aucun objet ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Mais les moteurs à distorsion peuvent offrir une solution alternative. En déformant l’espace-temps lui-même, un vaisseau spatial à distorsion ne violerait pas la règle de la vitesse plus rapide que la lumière (FTL).

« Bien qu’ils soient issus de la science-fiction, les moteurs de distorsion ont une description concrète dans la relativité générale, où Alcubierre a été le premier à proposer une échelle spatio-temporelle qui prend en charge les voyages plus rapides que la lumière », expliquent les auteurs. Il écrit.

Il existe des obstacles scientifiques évidents à la création d’un moteur de distorsion. Mais il est possible de simuler comment cela fonctionnerait et comment cela serait détecté via les ondes gravitationnelles en cas de panne. Les moteurs de distorsion déforment l’espace-temps lui-même, tout comme les fusions binaires d’objets compacts comme les trous noirs et les étoiles à neutrons. Il est théoriquement possible qu’un signal d’onde gravitationnelle soit émis de la même manière que les fusions.

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« Pour rechercher de tels signaux et les identifier correctement dans les données mesurées, il est important de comprendre leurs phénomènes et leurs propriétés », expliquent les auteurs. Il explique.

Cela commence par comprendre le fonctionnement des moteurs de distorsion, c’est pourquoi nous devons nous plonger dans la physique.

« L’idée de base derrière un entraînement de torsion est qu’au lieu de dépasser directement la vitesse de la lumière dans un cadre de référence local, ce qui violerait l’invariance de Lorentz, une « bulle de torsion » peut parcourir des distances plus rapides que la vitesse de la lumière (telle que mesurée à certains endroits). grandes distances) » Observateur ) en contractant l’espace-temps devant lui et en élargissant l’espace-temps derrière lui. États.

Le premier inconvénient est que les lecteurs de distorsion nécessitent un état d’énergie nul (NEC). La physique stipule qu’une région de l’espace ne peut pas avoir une densité d’énergie négative. Il existe des solutions théoriques à ce problème, mais pour le moment, aucune d’entre elles n’est pratique.

« D’autres problèmes liés à l’échelle de distorsion incluent la possibilité de courbes temporelles fermées et, d’un point de vue plus pratique, les difficultés rencontrées par les personnes à bord du navire pour contrôler et désactiver la bulle », expliquent les auteurs. Il explique.

En effet, l’équipage n’aurait aucun moyen d’envoyer des signaux à la proue du navire. Il est difficile pour les événements à l’intérieur de la bulle d’affecter les événements à l’extérieur de la bulle de distorsion. Cet article explique.

« Du point de vue de la simulation dynamique d’un entraînement de distorsion, le principal défi est la stabilité », déclarent les auteurs. Il explique. Les équations montrent qu’un moteur Alcubierre pourrait déclencher une bulle torsadée en utilisant l’équation d’Einstein, mais il n’existe aucune équation connue qui puisse la soutenir.

« Il n’existe (à notre connaissance) aucune équation d’état connue qui permettrait de maintenir une jauge d’entraînement de torsion dans une configuration stable au fil du temps. Par conséquent, même si l’on peut stipuler qu’une bulle de torsion est initialement stationnaire, elle évoluera rapidement à partir de cela ». dans la plupart des cas, les distorsions du fluide de distorsion et de l’espace-temps se disperseront ou s’effondreront en un point central. »

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Bien que l’instabilité soit un obstacle majeur aux moteurs de distorsion, c’est aussi ce qui pourrait les rendre détectables. Si le moteur Alcubierre atteint une vitesse constante, cela ne peut pas être détecté. Il ne génère aucune onde gravitationnelle et n’a pas de masse ADM. ADM est l’abréviation d’Arnowitt-Deser-Misner, du nom de trois physiciens. Je laisse aux lecteurs curieux le soin d’en savoir plus Bloc ADM.

Mais un lecteur de distorsion ne peut être détecté que s’il est fixe et stable. Une fois qu’il s’effondre, accélère ou décélère, il peut être détecté. Dans leur travail, les auteurs ont laissé la bulle du moteur de distorsion s’effondrer.

« Physiquement, cela pourrait être lié à un effondrement du champ de confinement que la civilisation d’après-warp utilise (vraisemblablement) pour soutenir la bulle de distorsion contre l’effondrement. » Il écrit.

Dans leurs formulations, la nature du navire lui-même n’a pas d’importance. Seules la bulle de distorsion et le fluide de distorsion à l’intérieur comptent.

Les chercheurs ont simulé l’effondrement d’une bulle de distorsion. Ils ont constaté que l’effondrement générait des ondes gravitationnelles aux propriétés différentes de celles générées par les fusions.

« Le signal se présente sous la forme d’une rafale, ne contenant initialement aucun contenu d’onde gravitationnelle, suivie d’une période oscillatoire avec une fréquence caractéristique d’ordre 1/[R], » ils Il écrit. « Dans l’ensemble, le signal est très différent des collisions binaires compactes typiques observées par les détecteurs d’ondes gravitationnelles et ressemble davantage à des événements tels que l’effondrement d’une étoile à neutrons instable ou la collision directe de deux trous noirs. »

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Les auteurs soulignent que bien que le moteur de distorsion génère le signal GW, celui-ci se situe en dehors de la plage de fréquences de nos détecteurs au sol actuels.

« Des propositions concernant des détecteurs haute fréquence ont été faites, donc à l’avenir, il sera peut-être possible d’imposer des limites à la présence de tels signaux. » Il écrit. Le vaisseau lui-même peut également envoyer une sorte de signal multi-messages, mais il est difficile de savoir comment la matière du vaisseau interagit avec la matière normale.

« Comme nous ne savons pas quel type de matériau a été utilisé pour construire le vaisseau de distorsion, nous ne savons pas s’il interagirait (en dehors de la gravité) avec la matière ordinaire lorsqu’elle se propagerait dans l’univers », ont déclaré les chercheurs. Il explique.

Il s’agit d’une expérience de pensée amusante. Il est possible qu’il y ait une sorte de solution de contournement pour les voyages FTL un jour dans un avenir lointain. Si tel est le cas, cela pourrait être lié à une meilleure compréhension de la matière noire et de l’énergie noire. Si des ETI existent, elles pourraient être en mesure d’exploiter des connaissances fondamentales sur l’univers que nous ne possédons pas encore.

S’ils découvrent comment construire et utiliser un moteur de distorsion, même si c’est impossible, leurs activités pourraient créer des ondes gravitationnelles que nos futurs observatoires pourront détecter, même dans d’autres galaxies. Mais pour l’instant, tout cela reste théorique.

« Nous prévenons que les formes d’onde obtenues sont probablement très spécifiques au modèle utilisé, qui présente plusieurs problèmes théoriques connus, comme indiqué dans l’introduction », écrivent les auteurs. Il écrit Dans leur conclusion. « Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour comprendre à quel point les signatures sont générales et caractériser correctement leur détectabilité. »

Nul doute que certains physiciens curieux continueront à travailler là-dessus.

Cet article a été initialement publié par L’univers aujourd’hui. Lis le Article original.

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

Xichang : Un satellite franco-chinois sera lancé samedi à la recherche des explosions les plus puissantes de l’univers, un exemple marquant de coopération entre une puissance occidentale et le géant asiatique.

Le Space Variable Object Observer (SVOM), développé par des ingénieurs des deux pays, recherchera des sursauts gamma dont la lumière a parcouru des milliards d’années-lumière pour atteindre la Terre.

Le satellite de 930 kilogrammes transportant quatre instruments – deux français et deux chinois – sera lancé à bord d’une fusée chinoise Longue Marche 2-C depuis une base spatiale de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

Les sursauts gamma se produisent généralement après l’explosion d’étoiles massives – celles 20 fois plus massives que le Soleil – ou la fusion d’étoiles compactes.

Les rayons cosmiques extrêmement brillants peuvent émettre une explosion d’énergie équivalente à plus d’un milliard de soleils.

Uri Gottlieb, astrophysicien au Center for Astrophysics du Flatiron Institute de New York, explique à l’AFP que les observer, c’est comme « regarder en arrière dans le temps, car la lumière de ces objets met beaucoup de temps à nous parvenir ».

– ‘Beaucoup de mystères’ –

Les rayons portent des traces de nuages ​​de gaz et de galaxies qu’ils traversent au cours de leur voyage dans l’espace, ce qui constitue une donnée précieuse pour mieux comprendre l’histoire et l’évolution de l’univers.

« SVOM a le potentiel de percer de nombreux mystères dans le domaine des sursauts gamma, notamment en révélant les GRB les plus éloignés de l’univers, qui correspondent aux plus anciens GRB », a déclaré Gottlieb.

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Les explosions les plus lointaines identifiées à ce jour se sont produites seulement 630 millions d’années après le Big Bang, soit cinq pour cent de l’âge actuel de l’univers.

« Nous nous intéressons aux sursauts gamma en tant que tels, car ce sont des explosions cosmiques très intenses qui nous permettent de mieux comprendre la mort de certaines étoiles », a déclaré Frederick Denny, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique. Paris.

« Toutes ces données permettent de tester les lois de la physique avec des phénomènes impossibles à reproduire en laboratoire sur Terre. »

Une fois analysées, les données peuvent aider à mieux comprendre la composition de l’espace, la dynamique des nuages ​​de gaz ou d’autres galaxies.

Le projet est issu d’un partenariat entre les agences spatiales française et chinoise ainsi que d’autres groupes scientifiques et techniques des deux pays.

Une coopération spatiale à ce niveau entre l’Occident et la Chine est assez rare, d’autant plus que les États-Unis ont interdit toute coopération entre la NASA et Pékin en 2011.

– Course contre le temps –

Jonathan McDowell, astronome au Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian aux États-Unis, a déclaré : « Les préoccupations américaines concernant le transfert de technologie ont empêché les alliés américains de coopérer dans une large mesure avec les Chinois, mais cela arrive parfois. »

En 2018, la Chine et la France ont lancé conjointement CFOSAT, un satellite océanographique principalement utilisé pour la météorologie maritime.

Plusieurs pays européens ont participé au programme chinois d’exploration lunaire Chang’e.

Bien que SVOM ne soit « en aucun cas unique », a déclaré McDowell, il reste « important » dans le contexte de la coopération spatiale entre la Chine et l’Occident.

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Une fois qu’il aura atteint une orbite à 625 kilomètres (388 miles) au-dessus de la Terre, le satellite enverra ses données aux observatoires.

Le principal défi est que les sursauts gamma sont très courts, ce qui oblige les scientifiques à courir contre la montre pour collecter des informations.

Dès qu’une explosion est détectée, SVOM envoie une alerte à l’équipe en service 24 heures sur 24.

D’ici cinq minutes, ils devront faire fonctionner un réseau de télescopes au sol qui s’aligneront précisément sur l’axe de la source d’explosion pour faire des observations plus détaillées.

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Il y a toujours eu quelque chose qui cloche à propos de la nébuleuse du Crabe. Webb a révélé pourquoi !

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La nébuleuse du Crabe m’a toujours fasciné, même si elle me fascine car elle ne ressemble pas du tout à un crabe ! Ils sont le résultat d’une étoile qui a explosé à la fin de sa vie en 1054 après JC, laissant derrière elle ce que l’on appelle un reste de supernova. A cette époque, l’explosion était visible à l’œil nu, même de jour. On pensait que la supernova à l’origine du nuage provenait d’une étoile moins évoluée dotée d’un noyau composé d’oxygène, de néon et de magnésium. Des études récentes du télescope spatial James Webb révèlent qu’il pourrait s’agir en fait de l’effondrement du noyau d’une étoile riche en fer.

La nébuleuse du Crabe se trouve dans la constellation du Taureau avec un diamètre de 11 années-lumière. Au plus profond du nuage, qui s’étend à une vitesse de 1 500 kilomètres par seconde, se trouve une étoile à neutrons en rotation rapide connue sous le nom de pulsar. Il émet un faisceau de rayonnement électromagnétique qui traverse l’espace comme un phare balayant l’océan. Elle a fait l’objet de nombreuses études pour connaître la dynamique de l’évolution stellaire.

Des études antérieures ont tenté de comprendre l’énergie cinétique totale de l’explosion initiale en fonction de la vitesse du nuage en expansion. Les données suggèrent que la supernova avait une énergie relativement faible, de sorte que l’étoile progénitrice avait probablement une masse de 8 à 10 fois supérieure à celle du Soleil. Si elle avait été plus massive, elle aurait connu une supernova plus violente qui aurait été détectée par la vitesse plus élevée du nuage de gaz en expansion. Mais il y avait un problème.

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Le télescope de 48 pouces de l’observatoire Fred Lawrence Whipple a capturé cette image en lumière visible de la galaxie Pinwheel (Messier 101) en juin 2023. L’emplacement de la supernova 2023ixf est encerclé. L’observatoire, situé sur le mont Hopkins en Arizona, est exploité par le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hiramatsu et coll. 2023/Sébastien Gomez (STScI)

Les observations de la nébuleuse du Crabe, en particulier la vitesse de rotation élevée du pulsar, semblent contredire la théorie actuelle de la supernova. Dans un modèle d’étoiles de faible masse comme l’étoile progénitrice de la nébuleuse du Crabe, l’oxygène présent dans le noyau s’enflamme lorsque le noyau s’effondre. Ce processus n’a pas assez d’énergie pour générer un pulsar à rotation aussi rapide.

Une équipe d’astronomes a répondu à cette curiosité en utilisant MIRI (Mid-Infrared Instrument) et NIRCam (Near Infrared Camera) à bord du télescope spatial James Webb pour collecter des données sur la nébuleuse du Crabe. L’équipe était dirigée par Tai Tamim de l’Université de Princeton dans le New Jersey. Ils ont déclaré que la composition gazeuse du nuage indique que l’étoile pourrait être plus évoluée avec du fer dans le noyau, ce qui pourrait conduire à une supernova d’énergie plus élevée qu’on ne le pensait auparavant.

Concept artistique du télescope spatial James Webb

Grâce aux instruments sensibles à l’infrarouge de Webb, les raies d’émission du fer et du nickel peuvent être vues plus clairement que jamais. L’étude des raies brillantes dans le spectre de la nébuleuse a permis d’obtenir une estimation plus fiable du rapport fer/nickel. Ils ont découvert qu’il s’agissait d’un pourcentage plus élevé par rapport au Soleil que celui auquel on pourrait s’attendre pour une supernova plus active.

Les résultats sont prometteurs mais les lectures proviennent de deux petites régions de la nébuleuse, donc pour exclure les variations sur l’ensemble des 11 années-lumière, davantage de lectures sont nécessaires. Si les données de Webb représentent la nébuleuse entière, l’un des mystères de la nébuleuse pourrait enfin être résolu.

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source : Enquête sur les origines de la nébuleuse du Crabe avec Webb de la NASA

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