Utiliser les champs magnétiques pour comprendre la météo spatiale

Le Soleil génère une quantité incroyable d’énergie, énergie que vous pouvez voir et sentir comme la lumière et la chaleur. D’autres formes d’énergie du Soleil sont invisibles pour les humains. Même si vous ne pouvez pas les voir, les particules chargées, les champs magnétiques et les rayons gamma et X que le Soleil produit affectent la Terre. Plus que cela, lorsque ces formes invisibles d’énergie interagissent avec le champ magnétique et l’atmosphère d’une planète, elles créent certains des plus beaux affichages de couleurs et de lumière du système solaire.

Vous ne le réalisez peut-être pas, mais il y a du temps dans l’espace, entraîné par le Soleil. Le temps solaire affecte la Terre de nombreuses façons, pas toutes bonnes. Pour comprendre comment cela se produit, vous devez comprendre le vent solaire et les champs magnétiques. Alors sortez vos aimants, parce que vous allez expérimenter avec la force de blindage qui protège notre planète.

Vous avez hâte de commencer? Sautez à l’expérience!

La surface du Soleil change constamment car le plasma chargé électriquement interagit avec les champs magnétiques pour provoquer une variété d’activités solaires – taches solaires magnétiques froides, explosions d’éruptions solaires énergétiques et bulles géantes de plasma appelées éjections de masse coronale (CME). Les éruptions des éruptions et des CME expulsent le rayonnement dans l’espace. Combinée, cette activité crée un type de temps appelé météorologie spatiale, qui peut interférer avec les communications radio, les réseaux électriques et les satellites autour de la Terre.

Bien au-dessus de la surface visible du Soleil, son atmosphère extérieure très chaude, la couronne, interagit également avec les champs magnétiques à la surface. Les particules de la couronne forment de belles banderoles, boucles et panaches qui s’étendent loin du corps massif du Soleil. Ces particules hautement énergisées peuvent échapper à la gravité du Soleil, la force intense qui tire tout vers le centre d’un corps de masse. Lâchez-vous, les particules sont projetées dans l’espace à des vitesses allant jusqu’à un million de miles par heure, entraînant avec elles une partie du champ magnétique du Soleil. Le vent solaire est le flux de champs magnétiques et de particules chargées du Soleil.

Le vent solaire parcourt des milliards de kilomètres jusqu’aux bords du système solaire. Ce faisant, le vent solaire interagit avec toutes les planètes. La combinaison de rayonnement, de champs magnétiques et de particules chargées que le Soleil projette dans l’espace peut affecter la Terre et le reste du système solaire. Le vent solaire frappe la surface des astéroïdes et des planètes sans atmosphère. Il modifie la composition de la surface de la Lune et crée une bulle de particules électrifiées autour de Mars. Sur Terre, le vent solaire peut être dangereux pour les organismes et la technologie.

Heureusement, la Terre a son propre champ magnétique, appelé magnétosphère.

Le noyau de la Terre est fait de fer et de nickel. Lorsque la Terre tourne sur son axe, le noyau externe chaud et liquide se déplace autour du noyau interne solide. Ce mouvement produit un courant électrique qui génère et maintient le fort champ magnétique autour de la planète. Le champ a deux pôles opposés situés au nord et au sud de la planète, un peu comme un aimant à barre ordinaire.

La magnétosphère et l’atmosphère de la Terre forment un bouclier protecteur contre le vent solaire généré par notre soleil. La plupart des particules chargées s’écrasent dans ce bouclier et s’écoulent autour de lui le long des lignes de champ de notre magnétosphère. Le côté de la magnétosphère qui fait face au Soleil est écrasé et aplati par la force électromagnétique du vent solaire contre lui, tandis que l’autre côté est tiré et étiré comme une queue.

Parfois, les particules chargées du soleil passent le bouclier magnétique de la Terre. Cela se produit généralement lorsqu’une tempête solaire ou CME envoie un rayonnement supplémentaire vers la Terre, qui se combine avec les particules du vent solaire. Ces particules sont prises dans la magnétosphère terrestre. Ensuite, ils s’écrasent sur les gaz chargés électriquement de l’ionosphère terrestre, excitant et ajoutant de l’énergie aux molécules gazeuses de l’ionosphère. Lorsque les molécules de l’ionosphère sont excitées, elles émettent de la lumière, créant un magnifique spectacle de lumière atmosphérique visible appelé aurore.

Les aurores sont des bandes lumineuses et belles de lumière colorée haut dans le ciel. Différents gaz dans l’ionosphère terrestre créent différentes couleurs de lumière lorsqu’ils sont excités par des collisions avec des particules chargées du soleil. La longueur d’onde de la lumière (et donc de la couleur) dépend de la structure électronique des atomes eux-mêmes, et de l’énergie des particules chargées entrant en collision avec les atomes. Haut dans l’atmosphère, l’oxygène crée une couleur rouge, mais dans les couches intermédiaires, l’oxygène crée des ondes vert vif. L’azote dans les couches inférieures de l’atmosphère rend violet.

Bien qu’ils puissent se produire à tout moment et qu’ils soient lumineux la nuit, ils ne sont pas assez brillants pour être visibles pendant la journée. Les aurores sont le plus souvent observées près des pôles de la Terre, formant des ovales en raison de la forme du champ magnétique terrestre. Ils sont également plus fréquents lorsque le Soleil est particulièrement actif. Au pôle Nord, les aurores boréales sont appelées les aurores boréales. Au pôle Sud, on les appelle les aurores australes, ou les aurores australes.

La Terre n’est pas la seule planète à connaître des aurores boréales. Le vent solaire affecte de nombreuses planètes du système solaire. Les aurores se produisent également sur Mars, Vénus, Jupiter, Uranus et Jupiter.

Le Soleil et la Terre génèrent de forts champs magnétiques qui s’étendent sur des milliers de kilomètres. Cependant, vous n’avez pas besoin de quelque chose de la taille d’une planète pour en apprendre davantage sur le magnétisme. Vous pouvez utiliser des aimants à la maison pour en apprendre davantage sur les champs magnétiques à une échelle beaucoup plus petite!

Deux barres magnétiques

Plusieurs articles à tester – pièces de monnaie, trombones, papier d’aluminium, bouchons en plastique, bouchons en liège, etc.

Une boîte de trombones (si possible en au moins deux formats)

Ruban à mesurer (facultatif)

Aimants de toute la maison (facultatif)

Petit récipient en plastique avec couvercle (facultatif)

Notes de sécurité et de nettoyage : Cette activité est recommandée pour les enfants de plus de 3 ans car les aimants présentent un risque d’étouffement et peuvent être dangereux en cas d’ingestion. Surveillez étroitement les jeunes enfants pendant cette activité. Pour les jeunes enfants, placez un aimant à l’intérieur d’un contenant muni d’un couvercle afin qu’ils puissent explorer ses effets sans y accéder directement. Gardez tous les aimants loin des objets électroniques tels que les téléphones cellulaires.

Essayez les petites expériences suivantes pour en apprendre un peu plus sur le fonctionnement des aimants :

Maintenant, vous savez que les aimants peuvent s’attirer les uns les autres, mais qu’en est-il des choses qui ne sont pas des aimants? Rassemblez des objets de la maison, sont-ils attirés ou repoussés par des aimants? Pour le savoir, vous allez tester pour voir quels autres objets répondent à un champ magnétique.

Pour cette activité, vous essaierez de déterminer quels objets autour de votre maison sont magnétiques et lesquels ne le sont pas. Pendant que vous testez des choses, prenez des notes et recherchez des modèles. Utilisez vos compétences d’observation pour vous aider.

Passez en revue les éléments de chaque pile. Posez-vous ces questions.

Vous avez peut-être découvert que les objets non métalliques n’étaient pas attirés par l’aimant, alors que certains métaux l’étaient. Les métaux comme le fer, le nickel, le cobalt et l’acier sont ferromagnétiques. Les matériaux ferromagnétiques ont une structure moléculaire unique. Leurs atomes ont des traits électromagnétiques dus au mouvement et au spin de leurs électrons. Lorsqu’ils sont combinés ensemble dans un motif qui place ces atomes face à la même direction dans des lignes parallèles, leurs champs magnétiques individuels sont améliorés. En conséquence, les matériaux ferromagnétiques peuvent être facilement magnétisés lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique. Des matériaux comme le fer et la magnétite, un oxyde de fer (Fe3O4), ont naturellement leurs champs magnétiques alignés et sont des aimants permanents. Les aimants puissants peuvent également aligner les champs magnétiques de matériaux ferromagnétiques plus faibles, ce qui les rend magnétiques.

Les aimants sont disponibles dans de nombreuses tailles, formes et forces différentes. Pensez-vous que vous pouvez dire à quel point un aimant est fort juste en le regardant? Découvrons-le !

Considérez ces questions lorsque vous travaillez sur votre expérience et comparez vos résultats.

Lorsqu’un trombone en acier touche un aimant, il devient un aimant temporaire. Chaque trombone que vous ajoutez devient un aimant temporaire légèrement plus faible. Cependant, finalement, il n’y a pas assez de force magnétique pour contenir plus de trombones. Plus le champ magnétique produit par l’aimant est fort, plus il attirera de trombones.

Vous avez peut-être découvert que la taille de l’aimant n’est que parfois liée à sa force. Certains grands aimants sont faibles; Certains petits aimants sont très forts. C’est parce que, plus que sa taille, c’est le matériau dont un aimant est fait qui peut affecter sa résistance.

Par exemple, les aimants en néodyme sont faits de métaux de terres rares et sont des aimants très puissants, même lorsqu’ils sont très petits. Les aimants en céramique, en revanche, fabriqués avec de l’oxyde de fer, sont beaucoup moins chers et faciles à fabriquer, ils sont donc plus courants, même s’ils sont généralement des aimants plus faibles. Les aimants de votre réfrigérateur sont probablement en céramique. Les aimants Alnico sont fabriqués à partir d’aluminium, de nickel et de cobalt (vous comprenez? Al – Ni – Co). Ces aimants puissants sont utilisés dans les moteurs, les capteurs et les haut-parleurs ou dans des endroits où des températures élevées sont nécessaires. Comme vous l’avez vu dans votre expérience de trombone, tous les aimants ne sont pas des aimants permanents. Les électroaimants sont un type différent d’aimant temporaire. Le champ magnétique d’un électroaimant n’existe que lorsqu’un courant électrique le traverse. Vous pouvez fabriquer un électroaimant à la maison en utilisant un fil conducteur, un clou et une batterie.

Il y a tellement de façons de continuer à explorer le magnétisme et la météo solaire. Voici quelques recommandations.

Nous aimerions voir ce que vous faites! Partagez des photos de votre projet avec le hashtag #SciFriSunCamp sur les réseaux sociaux ou envoyez-les à [email protected].

Cette ressource vise à répondre aux attentes suivantes en matière de rendement :

Cette activité est soutenue par l’équipe d’activation héliophysique de la NASA (NASA HEAT), qui fait partie du portefeuille d’activation scientifique de la NASA.

Écrit par Sandy Roberts.Edité par Ariel Zych.Illustration par Carrie Lapolla.Production numérique par Sandy Roberts.

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Sandy Roberts est la gestionnaire du programme d’éducation de Science Friday, où elle crée des ressources et des expériences d’apprentissage pour faire progresser l’équité en STIM dans tous les environnements d’apprentissage. Dernièrement, elle a joué avec des circuits d’origami et a essayé de perfectionner une recette de levain sans gluten.

Créez de petits navigateurs de tortues et utilisez-les pour détecter les champs magnétiques dans cette activité et ce jeu compagnon.

Un aimant et un sou vous aideront à devenir un détecteur de métaux humain.