magnétosphère

Dans un système binaire, la naine blanche aspire le gaz de son étoile voisine comme un aspirateur. Si la naine possède un champ magnétique, le gaz ne tombe pas n'importe où : il s'écoule vers les pôles, comme la limaille de fer vers un aimant. Là, il s'accumule en un amas. Mais qu'est-ce qui empêche cet amas de s'étaler ?

Deux danseurs sur une même scène : l'un tire son partenaire d'un côté, l'autre dans la direction opposée. Dans le cristal Cu2(OH)3Br, connu sous le nom de botallackite, les atomes de cuivre s'alignent en chaînes où les spins (moments magnétiques) des ions voisins s'orientent soit parallèlement, comme dans un ferromagnétique, soit antiparallèlement, comme dans un…

Un orchestre sans chef peut sonner juste si les musiciens sentent le rythme commun. Dans le monde des solides, ce rôle est joué par les phonons : les quanta des vibrations du réseau cristallin.

Le Soleil respire, et cette respiration a un rythme magnétique. Tous les 27 jours, la surface visible de l'étoile effectue une rotation complète, entraînant avec elle son champ magnétique, telle une bande invisible qui enveloppe l'astre.

Le télescope spatial JWST a pointé son objectif vers le monde rocheux brûlant 55 Cancri e, et a vu une enveloppe gazeuse dense. En revanche, la plus froide TRAPPIST-1 b, qui orbite autour d'une naine rouge sombre, n'a pas d'enveloppe : une roche nue.

L'échafaudage magnétique du cristal EuMnSb2 évoque un chantier : les atomes de manganèse forment des poteaux verticaux rigides, et ceux d'europium des traverses mobiles. Jusqu'à présent, aucun consensus n'existait sur l'angle d'inclinaison de ces traverses au repos ni sur leur rotation lorsque le champ magnétique appuie sur l'échafaudage.

Sur le Soleil, il existe des régions calmes où le champ magnétique est presque invisible. Mais même là, les ondes sonores trouvent des passages pour s'élever plus haut. Ces passages sont des tubes magnétiques qui s'élargissent vers le haut, comme des entonnoirs. À l'intérieur, le son se propage plus librement.

Un vortex dans un matériau magnétique, c'est comme un tourbillon, mais au lieu de l'eau, ce sont les directions d'aimantation qui tournoient.

Le vent solaire est un flux de particules chargées qui s'échappe en permanence de la surface du Soleil et remplit tout le système solaire. Il ne ressemble pas à une brise régulière : il contient des tourbillons, des rafales et des zones de calme.

La couronne solaire vit sa propre vie trépidante. Les champs magnétiques y obéissent aux mouvements de la surface dense (la photosphère) du Soleil, mais parfois ils redessinent eux-mêmes le motif magnétique.

27 jours à l'équateur, 32 aux pôles. Cinq jours de différence — et en un an, l'équateur prend près d'une semaine d'avance. Une boule de gaz de 1,4 million de kilomètres de diamètre tourne comme une toupie multicouche : chaque couche se déplace à sa propre vitesse.

À l'intérieur des planètes et des étoiles, dans les océans de plasma en rotation, se heurtent flux turbulents, forces de Coriolis et tension magnétique. Le grand mystère est de savoir comment l'énergie de ce chaos se cristallise en une charpente magnétique stable, capable de perdurer des milliards d'années.

L'espace est parcouru de champs magnétiques. On en trouve autour des galaxies, des étoiles, et même dans les vides cosmiques (les immenses espaces vides entre les amas de galaxies). On considère généralement que ces champs sont amplifiés à partir de champs « germes » faibles grâce à la turbulence, un peu comme une dynamo.

Le champ magnétique terrestre ressemble à un bouclier invisible qui nous protège des radiations cosmiques. Mais si l'on observe son motif moyen sur une longue période, on remarque que ce bouclier n'est pas parfaitement lisse — il a ses propres « coutures » et « rapiéçages ».

Le Soleil n'est pas seulement une source de lumière, c'est un laboratoire géant où naissent des particules fantômes. Chaque seconde, des milliards de neutrinos traversent votre corps sans presque le remarquer. Mais à l'intérieur du Soleil, ces particules se comportent différemment : elles changent de type en plein vol, comme un acteur qui joue trois rôles dans la même pièce.

Une tache solaire se refroidit, et au-dessus d'elle, un filament sombre — une protubérance — reste suspendu pendant des semaines. À l'intérieur, comme un ressort comprimé, se cache un champ magnétique. Il peut être disposé en arches régulières, ou tordu en un câble serré.

Un caillou de la taille d'un grain de raisin entre dans l'atmosphère presque en rasant et file au-dessus du sol sans tomber. C'est exactement ce qui est arrivé à un météoroïde d'environ 45 grammes.

Le champ magnétique augmente, mais l'aimantation reste figée. Comme une balance sur laquelle on ajoute des poids sans que l'aiguille ne bouge, jusqu'à ce qu'il y en ait assez pour sauter à la graduation suivante. C'est exactement le comportement des cristaux de tétraborures de terres rares, et les physiciens n'ont pas compris pourquoi pendant des décennies.

La cime d'un grand arbre s'agite sous le vent, mais les racines et le tronc restent cachés sous terre. Sur le Soleil, ces racines invisibles sont les champs magnétiques. Ils émergent des profondeurs, traversent toute l'atmosphère et dirigent le mouvement du gaz surchauffé – le plasma.

Le champ magnétique d'une planète ressemble à un bouclier invisible : il capture les particules chargées du vent solaire et s'étire derrière la planète en une longue traîne, comme une écharpe qui flotte.

Le vent solaire — un flux de particules chargées venant du Soleil — percute le gaz ténu qui remplit l'espace entre les étoiles. De cette collision naît une faible émission de rayons X. Pour les astronomes, c'est comme un brouillard devant les phares : il empêche de distinguer les objets lointains.

Les champs magnétiques à la surface du Soleil se manifestent par des taches sombres et des facules brillantes. Mais ils naissent profondément à l'intérieur, où les flux de gaz incandescent fonctionnent comme une gigantesque dynamo. La question est de savoir si l'on peut, à partir des taches en surface, prédire ce qui se passera à l'intérieur de l'étoile dans quelques années.

À l'intérieur de la Terre se trouve un noyau de fer solide de la taille de la Lune. Il flotte dans du métal liquide et oscille légèrement, comme un noyau de pêche dans le fruit si on le secoue. Ces oscillations sont appelées modes de Slichter : le noyau se déplace tantôt le long de l'axe de la planète, tantôt transversalement.

Dans un grand nuage de gaz où naissent les étoiles, les lignes de champ magnétique sont alignées à peu près dans la même direction, comme les fibres d'un morceau de feutre.

Sur le Soleil, il arrive que d'immenses nuages de plasma tentent de s'échapper dans l'espace. Mais souvent, ils n'y parviennent pas : une cage magnétique invisible les retient près de la surface. Ces éruptions ratées sont dites « confinées ». Les scientifiques ont construit un modèle informatique pour comprendre comment fonctionne cette cage.

Un laser puissant frappe une minuscule cible, qui se transforme instantanément en un nuage de gaz surchauffé, du plasma. Dans ce nuage naissent spontanément des champs magnétiques. Comme des mains invisibles, ils empêchent la chaleur de s'échapper librement du centre brûlant.

Lorsqu'il est fortement refroidi, le cristal d'uranium-tellure cesse d'opposer une résistance au courant. Avant cela, à une température légèrement plus élevée, sa résistance peut encore être mesurée — et elle révèle la forme des chemins invisibles que suivent les électrons.

Dans le nuage sombre G351, où de nouvelles étoiles s'apprêtent à naître du gaz et de la poussière, le champ magnétique s'est incurvé comme un sablier. Une telle forme est la signature d'un champ qui ne se contente pas d'observer la naissance des étoiles, mais qui y participe activement.

La couronne du Soleil ressemble à un pissenlit ébouriffé : de brillantes boucles en forme de pétales retiennent le gaz chaud près de la surface, et entre elles, de longs jets ténus s'échappent dans l'espace. Ces jets – la couche de courant héliosphérique – s'étendent à travers tout le système solaire.

Les moments magnétiques dans un cristal ressemblent à des aiguilles de boussole fixées aux nœuds du réseau. À l'état normal, ils s'alignent dans un ordre soigné, mais si l'on frappe le cristal avec une onde électromagnétique, les aiguilles se mettent à osciller – comme des épis de blé sous le vent.

Le champ magnétique ressemble à l'ombre d'un objet : il change avec la forme de la source. Mais si l'on place une lentille sur le trajet de la lumière, on peut modifier l'ombre.

Une simple bande de caoutchouc remplie de fines limailles de fer ne se contente pas de se plier sous l'effet d'un champ magnétique — elle se noue en un nœud stable. C'est cet effet que des physiciens ont prédit et reproduit expérimentalement en travaillant avec un élastomère magnétoactif : une base en silicone contenant des particules de fer carbonyle.

L'étoile GJ 504, jumelle de notre Soleil en âge, se comporte comme une patineuse artistique accomplie : elle fait un tour sur elle-même en 3,4 jours, en brillant en rayons X. D'habitude, les étoiles du même âge que le Soleil tournent paresseusement, mais celle-ci semble avoir reçu un dopage cosmique. Le secret a été révélé par la modélisation.

Le Soleil émet en permanence un flux de particules chargées : le vent solaire. Parmi elles, beaucoup d'électrons, et une partie d'entre eux repart vers le Soleil. Mais les observations montrent qu'il en revient moins que prévu.

Le vent solaire et les ultraviolets retirent constamment une fine couche de gaz de la Terre, comme le vent emporte la vapeur au-dessus d'une casserole bouillante. Ce processus est lent, il dure des milliards d'années.

Le Soleil n'est pas une sphère paisible, mais un chaudron bouillonnant qui vit selon ses propres rythmes. Environ tous les 11 ans, son activité atteint un pic : davantage de taches sombres apparaissent à sa surface, et des flux de particules chargées s'élancent dans l'espace. Mais à l'intérieur de ce grand cycle se cache un rythme plus court, d'environ 1,7 an.

Une éruption solaire, c'est un peu comme un ressort brusquement détendu. Dans la couronne solaire, l'énergie s'accumule dans un champ magnétique tordu, puis elle est libérée d'un coup, accélérant les particules et chauffant le plasma.

Dans une casserole de soupe bouillante, les petites bulles s'agitent, mais peu à peu les grands courants dominent. Un phénomène similaire se produit dans le plasma cosmique, où les champs magnétiques se comportent comme des fils emmêlés.

Dans la vase au fond des étangs vivent des bactéries qui portent en elles de minuscules aiguilles magnétiques. Ces aiguilles sont des chaînes de cristaux de magnétite, et elles aident les bactéries à nager le long du champ magnétique terrestre, comme l'aiguille d'une boussole, à la recherche de meilleures conditions.

Une jeune étoile est entourée d'un disque plat en rotation composé de gaz et de poussière : c'est le chantier de construction des futures planètes.