Les universités américaines se disputent depuis longtemps pour savoir à qui appartient le plus grand tambour du monde. Des revendications non fondées au titre ont inclus le « Purdue Big Bass Drum » et « Big Bertha », qui, fait intéressant, a été nommé d’après le canon allemand de la Première Guerre mondiale et a fini par devenir radioactif pendant le projet Manhattan.

Malheureusement pour les Américains, cependant, le Livre Guinness des records mondiaux affirme qu’un tambour traditionnel coréen « CheonGo » détient le véritable titre. Celui-ci mesure plus de 5,5 mètres de diamètre, quelque six mètres de haut et pèse plus de sept tonnes. Mais mes derniers résultats scientifiques, qui viennent d’être publiés dans Nature Communications, ont fait tomber tous les prétendants. En effet, le plus grand tambour du monde est en fait plusieurs dizaines de fois plus grand que notre planète – et il existe dans l’espace.

Vous pouvez penser que cela n’a pas de sens. Mais le champ magnétique (magnétosphère) qui entoure la Terre, nous protégeant en détournant le vent solaire autour de la planète, est un instrument de musique gigantesque et compliqué. Nous savons depuis une cinquantaine d’années que les ondes sonores de type magnétique faible peuvent rebondir et résonner dans cet environnement, formant des notes bien définies, exactement comme le font les instruments à vent et à cordes. Mais ces notes se forment à des fréquences des dizaines de milliers de fois inférieures à celles que nous pouvons entendre avec nos oreilles. Et cet instrument ressemblant à un tambour au sein de notre magnétosphère nous a longtemps échappé – jusqu’à présent.

Massive membrane magnétique

La caractéristique clé d’un tambour est sa surface – techniquement appelée membrane (les tambours sont également connus sous le nom de membranophones). Lorsque l’on frappe cette surface, des ondulations peuvent s’y propager et être réfléchies sur les bords fixes. Les ondes originales et réfléchies peuvent interférer en se renforçant ou en s’annulant mutuellement. Cela conduit à des « modèles d’ondes stationnaires », dans lesquels des points spécifiques semblent rester immobiles tandis que d’autres vibrent d’avant en arrière. Les motifs spécifiques et leurs fréquences associées sont entièrement déterminés par la forme de la surface du tambour. En fait, la question « Peut-on entendre la forme d’un tambour ? » a intrigué les mathématiciens depuis les années 1960 jusqu’à aujourd’hui.

La limite extérieure de la magnétosphère terrestre, appelée magnétopause, se comporte très largement comme une membrane élastique. Elle se développe ou se rétrécit en fonction de la force variable du vent solaire, et ces changements déclenchent souvent des ondulations ou des vagues de surface qui se propagent à travers la frontière. Alors que les scientifiques se sont souvent concentrés sur la façon dont ces ondes se déplacent le long des côtés de la magnétosphère, elles devraient également se déplacer vers les pôles magnétiques.

Les physiciens prennent souvent des problèmes compliqués et les simplifient considérablement pour gagner en perspicacité. Cette approche a aidé les théoriciens, il y a 45 ans, à démontrer pour la première fois que ces ondes de surface pouvaient effectivement être réfléchies, faisant vibrer la magnétosphère comme un tambour. Mais on ne savait pas si le fait de supprimer certaines des simplifications de la théorie pouvait empêcher le tambour d’être possible.

Il s’est également avéré très difficile de trouver des preuves observationnelles convaincantes pour cette théorie à partir de données satellitaires. En physique spatiale, contrairement à disons l’astronomie, nous avons généralement affaire à du complètement invisible. Nous ne pouvons pas simplement prendre une photo de ce qui se passe partout, nous devons envoyer des satellites et le mesurer. Mais cela signifie que nous ne savons ce qui se passe que dans les endroits où il y a des satellites. L’énigme est souvent de savoir si les satellites sont au bon endroit au bon moment pour trouver ce que l’on cherche.

Au cours des dernières années, mes collègues et moi avons développé davantage la théorie de ce tambour magnétique pour nous donner des signatures testables à rechercher dans nos données. Nous avons été en mesure de trouver des critères stricts qui, selon nous, pourraient fournir des preuves de ces oscillations. Cela signifiait essentiellement que nous avions besoin d’au moins quatre satellites tous alignés près de la magnétopause.

Heureusement, la mission THEMIS de la NASA nous a donné non pas quatre mais cinq satellites avec lesquels jouer. Tout ce que nous avions à faire était de trouver le bon événement moteur, équivalent à la baguette de tambour frappant le tambour, et de mesurer comment la surface bougeait en réponse et quels sons cela créait. L’événement en question était un jet de particules à grande vitesse heurtant impulsivement la magnétopause. Une fois que nous l’avons eu, tout s’est mis en place presque parfaitement. Nous avons même recréé ce à quoi le tambour ressemble réellement (voir la vidéo ci-dessus).

Cette recherche montre vraiment à quel point la science peut être délicate en réalité. Quelque chose qui semble relativement simple nous a pris 45 ans pour le démontrer. Et ce voyage est loin d’être terminé, il y a encore beaucoup de travail à faire pour savoir à quelle fréquence ces vibrations semblables à celles d’un tambour se produisent (à la fois ici sur Terre et potentiellement sur d’autres planètes aussi) et quelles sont leurs conséquences sur notre environnement spatial.

Ceci nous aidera finalement à démêler quel type de rythme la magnétosphère produit au fil du temps. En tant qu’ancien DJ, je suis impatient – j’aime un bon rythme.