Des scientifiques découvrent que l'étude des rayons cosmiques en sous-sol permet de détecter des évènements météorologiques majeurs
Une équipe de scientifiques britanniques et américains vient de découvrir une nouvelle méthode permettant de détecter de grands évènements météorologiques qui surviennent au niveau de la stratosphère, à 32km d'altitude. La détection de rayons cosmiques à une profondeur de 800 mètres dans une mine de fer désaffectée pourrait permettre d'identifier ces évènements, qui se déroulent pendant l'hiver dans l'hémisphère Nord. Des scientifiques du National Centre for Atmospheric Science (NCAS) et du Science and Technology Facilities Council (STFC) au Royaume-Uni se sont associés avec des collègues du projet MINOS, aux États-Unis, pour étudier les données sur les rayons cosmiques détectés dans une mine de fer désaffectée, dans le Minnesota. Le but du projet MINOS est d'étudier les propriétés des neutrinos (des particules à charge nulle et à masse extrêmement faible) et de mesurer les muons provenant de la haute atmosphère, qui constituent un bruit de fond dans le détecteur. Recueillies sur une période de quatre ans, les données montrent que des rayons cosmiques de haute énergie (des particules très énergétiques qui frappent la Terre et proviennent de l'espace, sans direction spécifique), atteignent un détecteur placé en profondeur, et que leur nombre est en corrélation avec la température de la stratosphère (la deuxième couche de notre atmosphère). «Il est particulièrement amusant de faire de la physique des particules à cette profondeur», déclare le Dr Giles Barr, de l'université d'Oxford (Royaume-Uni) et coauteur de l'étude. «Et ça l'est encore plus si l'on considère que depuis le fond de la mine, nous pouvons également surveiller une partie de l'atmosphère, qu'il est généralement plutôt délicat d'observer.» Selon les scientifiques, cette découverte montre comment utiliser les rayons cosmiques pour détecter des évènements atmosphériques pouvant avoir un impact notable sur la rigueur des hivers, au niveau du sol. Ces mêmes évènements pourraient aussi influencer la quantité d'ozone polaire. Les modèles actuels de météorologie et de prévision du climat bénéficieraient considérablement de l'apport de nouvelles méthodes capables de détecter les évènements météorologiques et d'expliquer leur fréquence. «Jusqu'ici, l'étude de ces grands évènements se faisait à l'aide de ballons-sondes et de satellites», explique le Dr Scott Osprey, directeur scientifique du NCAS. «Désormais, nous pouvons utiliser les données concernant les rayons cosmiques, et remontant jusqu'à 50 ans en arrière, pour avoir une idée assez exacte de l'évolution de la température dans la stratosphère au cours de cette période. Les données recueillies par d'autres grands détecteurs souterrains dans le monde peuvent aussi servir à étudier ce phénomène.» Les scientifiques rappellent que les rayons cosmiques qui atteignent le sol (sous forme de muons) résultent de la désintégration en altitude d'autres rayons cosmiques (des mésons). Lorsque l'atmosphère est plus chaude, elle se dilate, ce qui diminue le nombre de mésons détruits par suite de collisions avec les molécules de l'air. Il reste donc plus de mésons, qui se désintègrent naturellement en muons, dont le nombre de détections augmente. Cependant, les scientifiques ont été surpris par la détection de bouffées sporadiques de muons durant les mois d'hiver. L'augmentation se produit en quelques jours à peine. L'étude des données a montré que ce changement coïncidait avec une élévation subite de la température de la stratosphère. Dans certains endroits, ils ont même constaté une augmentation de la température de quelque 40 degrés Celsius. Les scientifiques venaient de découvrir un évènement météorologique majeur: le réchauffement stratosphérique soudain. Ces évènements surviennent une année sur deux, et de manière aléatoire. Ainsi, cette étude montre que l'on peut utiliser les données concernant les rayons cosmiques pour détecter ces évènements. «Cette étude est un exemple remarquable des bénéfices d'un partenariat international et d'une recherche interdisciplinaire», souligne le Dr Osprey. «On peut se demander combien d'autres secrets attendent d'être révélés.» Les résultats de l'étude ont été récemment publiés dans les Geophysical Research Letters.