Vous planifiez un voyage sur Mars? Prenez beaucoup de blindage. Selon les capteurs du vaisseau spatial ACE (Advanced Composition Explorer) de la NASA, les rayons cosmiques galactiques viennent d'atteindre un sommet de l'ère spatiale.
«En 2009, les intensités des rayons cosmiques ont augmenté de 19% au-delà de tout ce que nous avons vu au cours des 50 dernières années», explique Richard Mewaldt de Caltech. "L'augmentation est importante, et cela pourrait signifier que nous devons repenser la quantité de radioprotection que les astronautes emportent avec eux lors de missions dans l'espace lointain."
La cause de la surtension est le minimum solaire, une profonde accalmie de l'activité solaire qui a commencé vers 2007 et se poursuit aujourd'hui. Les chercheurs savent depuis longtemps que les rayons cosmiques augmentent lorsque l'activité solaire diminue. À l'heure actuelle, l'activité solaire est aussi faible qu'elle l'a été à l'époque moderne, ouvrant la voie à ce que Mewaldt appelle «une parfaite tempête de rayons cosmiques».
"Nous connaissons le minimum solaire le plus profond depuis près d'un siècle", déclare Dean Pesnell du Goddard Space Flight Center, "il n'est donc pas surprenant que les rayons cosmiques soient à des niveaux records pour l'ère spatiale."
Les rayons cosmiques galactiques viennent de l'extérieur du système solaire. Ce sont des particules subatomiques - principalement des protons mais aussi des noyaux lourds - accélérés à une vitesse presque légère par des explosions de supernova à distance. Les rayons cosmiques provoquent des «douches d’air» de particules secondaires lorsqu’ils touchent l’atmosphère terrestre. Ils présentent un danger pour la santé des astronautes. Et un seul rayon cosmique peut désactiver un satellite s'il heurte un circuit intégré malchanceux.
Le champ magnétique du soleil est notre première ligne de défense contre ces particules énergétiques très chargées. L'ensemble du système solaire, de Mercure à Pluton et au-delà, est entouré d'une bulle de magnétisme solaire appelée «l'héliosphère». Il jaillit de la dynamo magnétique intérieure du soleil et est gonflé dans des proportions gargantuesques par le vent solaire. Lorsqu'un rayon cosmique essaie d'entrer dans le système solaire, il doit se battre à travers les couches externes de l'héliosphère; et s'il pénètre à l'intérieur, il y a un fourré de champs magnétiques attendant de disperser et de dévier l'intrus.
«En période de faible activité solaire, ce blindage naturel est affaibli et davantage de rayons cosmiques sont capables d'atteindre le système solaire interne», explique Pesnell.
Mewaldt énumère trois aspects du minimum solaire actuel qui se combinent pour créer la tempête parfaite:
(1) Le champ magnétique du soleil est faible. "Il y a eu une forte baisse du champ magnétique interplanétaire du Soleil (FMI) à seulement 4 nanoTesla (nT) de valeurs typiques de 6 à 8 nT", dit-il. «Ce FMI sans précédent contribue sans aucun doute aux flux record de rayons cosmiques.»
(2) Le vent solaire est en baisse. "Les mesures du vaisseau spatial Ulysse montrent que la pression du vent solaire est à son plus bas niveau depuis 50 ans", poursuit-il, "donc la bulle magnétique qui protège le système solaire ne se gonfle pas autant que d'habitude." Une bulle plus petite donne aux rayons cosmiques un tir plus court dans le système solaire. Une fois qu'un rayon cosmique entre dans le système solaire, il doit «nager en amont» contre le vent solaire. Les vitesses du vent solaire sont tombées à des niveaux très bas en 2008 et 2009, ce qui facilite la progression d'un rayon cosmique comme d'habitude.
(3) La feuille actuelle s'aplatit. Imaginez le soleil portant une jupe de ballerine aussi large que tout le système solaire avec un courant électrique circulant le long des plis ondulés. C’est la «feuille de courant héliosphérique», une vaste zone de transition où la polarité du champ magnétique du soleil passe de plus (nord) à moins (sud). La feuille actuelle est importante car les rayons cosmiques ont tendance à être guidés par ses plis. Dernièrement, la feuille actuelle s'est aplatie, permettant aux rayons cosmiques d'accéder plus directement au système solaire intérieur.
«Si l'aplatissement continue comme il l'a fait dans les minima solaires précédents, nous pourrions voir les flux de rayons cosmiques bondir jusqu'à 30% au-dessus des sommets précédents de l'ère spatiale», prédit Mewaldt.
La Terre n'est pas en grand danger à cause des rayons cosmiques supplémentaires. L'atmosphère et le champ magnétique de la planète se combinent pour former un formidable bouclier contre le rayonnement spatial, protégeant les humains à la surface. En effet, nous avons traversé des tempêtes bien pires que cela. Il y a des centaines d'années, les flux de rayons cosmiques étaient au moins 200% plus élevés qu'aujourd'hui. Les chercheurs le savent parce que lorsque les rayons cosmiques frappent l'atmosphère, ils produisent l'isotope béryllium-10, qui est conservé dans la glace polaire. En examinant les carottes de glace, il est possible d'estimer les flux de rayons cosmiques plus d'un millier d'années dans le passé. Même avec la récente poussée, les rayons cosmiques sont aujourd'hui beaucoup plus faibles qu'ils ne l'ont été à certains moments au cours du dernier millénaire.
«L'ère spatiale a jusqu'à présent connu une période d'activité relativement faible des rayons cosmiques», explique Mewaldt. "Nous pouvons maintenant revenir à des niveaux typiques des siècles passés."
Le vaisseau spatial de la NASA continuera de surveiller la situation au fur et à mesure que le minimum solaire se déploiera. Restez à l'écoute pour les mises à jour.
