Quatre témoins d'une même traversée. Le 10 novembre 2017, les quatre satellites MMS ont traversé une frontière invisible dans le vent solaire, là où les lignes de champ magnétique se réorganisent et libèrent de l'énergie. Ce phénomène est appelé reconnexion magnétique, et il se produit dans une couche mince dont l'épaisseur est généralement estimée à partir des données d'un seul appareil. Mais cette fois, les satellites volaient en formation à seulement 16 km les uns des autres, soit moins que la longueur d'une petite ville. Un groupe aussi serré a permis pour la première fois de mesurer directement l'épaisseur de la frontière, plutôt que de la déduire par des indices indirects.

Lorsqu'un satellite traverse une frontière, il enregistre la variation du champ magnétique au fil du temps. Pour convertir ce temps en distance, il faut connaître la vitesse de la frontière. On la déduit généralement de la vitesse du plasma ou du vent solaire, mais ce n'est qu'une estimation. Quatre appareils offrent une autre approche : ils détectent le même signal avec un décalage, comme quatre microphones enregistrant le même son. En mesurant les décalages entre les paires de satellites avec une précision de l'ordre de la milliseconde, on peut reconstituer à la fois la vitesse et l'orientation de la frontière. Les auteurs ont appliqué cette méthode à quatre traversées : deux étaient des bords du jet de reconnexion, c'est-à-dire la région de plasma accéléré, et deux étaient des couches de courant adjacentes.

Les résultats se sont révélés encourageants pour la méthode standard. Pour les bords passifs du jet, les trois estimations individuelles de la vitesse concordaient avec la mesure directe à 4–15 % près. L'épaisseur était reconstituée avec une précision de l'ordre de quelques dizaines de pour cent, à condition de bien choisir la normale, c'est-à-dire la perpendiculaire à la frontière. Mais sur la couche où la reconnexion était active, la vitesse de la frontière dépassait la vitesse locale du plasma de 29 ± 10 %. Cela signifie qu'à ces endroits, la méthode à un seul satellite peut introduire une erreur notable, car la frontière se déplace plus vite que la matière qui l'entoure.

Une autre découverte concernait la géométrie du jet. Les normales de ses deux bords différaient de 22 degrés, avec un intervalle de confiance de 19 à 26 degrés. Les bords du jet ne sont pas parallèles, ils divergent, comme les parois d'un tuyau qui s'élargit. Cela indique que le jet de reconnexion a une forme non plane et que son épaisseur varie le long de l'écoulement. Les épaisseurs des bords étaient de 30,5 et 29,2 longueurs d'inertie ionique, ce qui équivaut à 3140 et 3010 km. Pour comparaison, le diamètre de la Terre est d'environ 12 700 km, donc chaque bord du jet est quatre fois plus mince que notre planète.

Ce travail a pour la première fois vérifié la méthode standard d'estimation de l'épaisseur lors d'une reconnexion active à l'aide de quatre appareils. Jusqu'à présent, on ignorait à quel point les estimations à un seul satellite étaient précises, car aucune comparaison directe sur les mêmes traversées n'avait été effectuée. Désormais, on sait que pour les frontières passives, l'erreur ne dépasse pas 15 % sur la vitesse, mais sur une couche active elle peut atteindre 29 %. La méthode de corrélation croisée peut être appliquée aux données d'archives de Cluster et aux futures missions, telles que HelioSwarm, afin de recueillir des statistiques sur différentes conditions du vent solaire. Quatre témoins d'une même traversée ont montré qu'une frontière même mince peut en dire long, si on l'écoute attentivement.