Les aurores boréales remarquables du début du mois de mai dernier ont démontré la puissance des radiations émises par les tempêtes solaires, mais il arrive que le soleil fasse quelque chose de bien plus destructeur. Connues sous le nom d'« événements de particules solaires », ces explosions de protons provenant directement de la surface du soleil peuvent être projetées dans l'espace comme un projecteur.
Les données montrent que la Terre est frappée tous les mille ans environ par un événement extrême de particules solaires, qui pourrait causer de graves dommages à la couche d’ozone et augmenter les niveaux de rayonnement ultraviolet (UV) à la surface.
Nous avons analysé ce qui se passe lors d'un événement aussi extrême dans un article publié le 1er juillet dans les Proceedings of the National Academy of Sciences . Nous montrons également qu'à des moments où le champ magnétique terrestre est faible, ces événements pourraient avoir un effet dramatique sur la vie à travers la planète.
Le bouclier magnétique essentiel de la Terre
Le champ magnétique terrestre constitue un cocon protecteur essentiel à la vie, déviant le rayonnement chargé électriquement provenant du soleil. Dans son état normal, il fonctionne comme un gigantesque aimant en barre avec des lignes de champ montant d'un pôle, faisant une boucle autour et plongeant à nouveau vers le bas à l'autre pôle, selon un schéma parfois décrit comme un « pamplemousse inversé ». L'orientation verticale des pôles permet à certains rayonnements cosmiques ionisants de pénétrer jusqu'à la haute atmosphère , où ils interagissent avec les molécules de gaz pour créer la lueur que nous connaissons sous le nom d'aurore.
Cependant, le champ magnétique change considérablement au fil du temps. Au cours du siècle dernier, le pôle Nord magnétique a traversé le nord du Canada à une vitesse d'environ 40 kilomètres par an, et le champ magnétique s'est affaibli de plus de 6 %. Les relevés géologiques montrent qu'il y a eu des périodes de siècles ou de millénaires où le champ géomagnétique a été très faible, voire totalement absent.
Nous pouvons voir ce qui se passerait sans le champ magnétique terrestre en observant Mars, qui a perdu son champ magnétique global dans un passé lointain, et la majeure partie de son atmosphère en conséquence. En mai, peu de temps après l'aurore boréale, un puissant événement de particules solaires a frappé Mars . Il a perturbé le fonctionnement du vaisseau spatial Mars Odyssey et a provoqué des niveaux de radiation à la surface de Mars environ 30 fois supérieurs à ceux que l'on recevrait lors d'une radiographie pulmonaire.
Le pouvoir des protons
L'atmosphère extérieure du Soleil émet un flux constant et fluctuant d'électrons et de protons connu sous le nom de « vent solaire ». Cependant, la surface du Soleil émet également de manière sporadique des bouffées d'énergie, principalement des protons, lors d'événements de particules solaires, souvent associés à des éruptions solaires.
Les protons sont beaucoup plus lourds que les électrons et transportent plus d'énergie. Ils atteignent donc des altitudes plus basses dans l'atmosphère terrestre, excitant les molécules de gaz dans l'air. Cependant, ces molécules excitées n'émettent que des rayons X, invisibles à l'œil nu.
Des centaines d'événements de particules solaires faibles se produisent à chaque cycle solaire (environ 11 ans), mais les scientifiques ont trouvé des traces d'événements beaucoup plus puissants tout au long de l'histoire de la Terre. Certains des événements les plus extrêmes étaient des milliers de fois plus puissants que tout ce qui a été enregistré avec les instruments modernes.
Événements extrêmes de particules solaires
Ces phénomènes extrêmes de particules solaires se produisent environ tous les quelques millénaires. Le plus récent s'est produit vers 993 après J.-C. et a été utilisé pour montrer que les bâtiments vikings au Canada utilisaient du bois coupé en 1021 après J.-C.
Moins d'ozone, plus de radiations
Au-delà de leurs effets immédiats, les particules solaires peuvent également déclencher une chaîne de réactions chimiques dans la haute atmosphère, susceptibles d’appauvrir la couche d’ozone. L’ozone absorbe les rayons UV nocifs du soleil, qui peuvent endommager la vue et l’ADN (augmentant le risque de cancer de la peau), ainsi qu’avoir un impact sur le climat.
Dans notre nouvelle étude , nous avons utilisé de grands modèles informatiques de la chimie atmosphérique mondiale pour examiner les impacts d’un événement extrême de particules solaires.
Nous avons découvert qu'un tel événement pourrait épuiser les niveaux d'ozone pendant environ un an, augmentant les niveaux d'UV à la surface et augmentant les dommages à l'ADN. Mais si un événement de protons solaires se produisait pendant une période où le champ magnétique terrestre était très faible, les dommages à l'ozone dureraient six ans, augmentant les niveaux d'UV de 25 % et augmentant le taux de dommages à l'ADN induits par le soleil jusqu'à 50 %.
Des explosions de particules venues du passé
Quelle est la probabilité de cette combinaison mortelle d'un champ magnétique faible et d'événements extrêmes de protons solaires ? Étant donné la fréquence à laquelle chacun de ces phénomènes se produit, il semble probable qu'ils se produisent ensemble relativement souvent.
En fait, cette combinaison d’événements pourrait expliquer plusieurs événements mystérieux survenus dans le passé de la Terre.
La période la plus récente de faible champ magnétique, qui comprenait une inversion temporaire des pôles Nord et Sud, a commencé il y a 42 000 ans et a duré environ 1 000 ans. Plusieurs événements évolutifs majeurs se sont produits à cette époque , comme la disparition des derniers Néandertaliens en Europe et l'extinction de la mégafaune marsupiale, notamment des wombats géants et des kangourous en Australie .
Un événement évolutif encore plus important a également été lié au champ magnétique terrestre. L'apparition d'animaux multicellulaires à la fin de la période édiacarienne (il y a 565 millions d'années), attestée par des fossiles dans les Flinders Ranges en Australie du Sud, s'est produite après une période de 26 millions d'années de champ magnétique faible ou absent.
De même, l'évolution rapide de divers groupes d'animaux au cours de l'explosion cambrienne (il y a environ 539 millions d'années) a également été liée au géomagnétisme et à des niveaux élevés d'UV. L'évolution simultanée des yeux et des carapaces corporelles dures dans plusieurs groupes sans rapport a été décrite comme le meilleur moyen de détecter et d'éviter les rayons UV nocifs entrants, dans une « fuite de la lumière ».
Nous commençons seulement à explorer le rôle de l’activité solaire et du champ magnétique terrestre dans l’histoire de la vie.
Plus d'informations : Pavle Arsenović et al., Global impacts of an extreme solar particle event under different geomagnetic field strengths, Actes de l'Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2321770121
Fourni par The Conversation
