L'atmosphère

L'atmosphère, avec la magnétosphère -ce bouclier magnétique protecteur de notre planète- fait partie de cet écran interposé entre nous et l'espace extérieur. L'atmosphère terrestre atteint jusqu'à 630 000km de distance du côté de la Terre qui est dans la nuit (soit 50 diamètres terrestres) et ce fin nuage d'atomes d'hydrogène ou "geocorona", en anglais, englobe la Lune. La geocorona est due à l'interaction du Soleil avec les atomes d'hydrogène via cette longueur d'onde particulière de l'ultraviolet qu'on appelle Lyman-alpha, que ces atomes peuvent absorber et émettre. L'atmosphère, en effet, comme l'ont prouvé les récents débats sur le réchauffement climatique, est à l'origine d'un effet de serre naturel -et bénéfique: l'atmosphère, qui laisse passer les rayons solaires, empêche la chaleur, dans l'autre sens, de repartir dans le vide et le froid de l'espace. Notre atmosphère est composée de 78% d'azote, 21% d'oxygène et d'1% d'autres gaz (essentiellement de l'argon; d'autres gaz encore ne sont présents que de façon résiduelle). L'atmosphère de la Terre n'a pas toujours eu cette composition; elle a connu une histoire en trois temps: la première atmosphère de la Terre, au moment de la naissance de la planète, était composée d'hydrogène, d'azote, de gaz carbonique (ou aussi, "dioxyde de carbone", le célèbre CO2) et de méthane. Cette toute première atmosphère pourrait avoir été, très tôt, érodée par le vent solaire et elle fut remplacée par une autre atmosphère, née du dégazage de la croûte terrestre. Celle-ci se composait de gaz carbonique, de dioxyde de souffre et d'autres gaz. Notre atmosphère actuelle, elle, émergea progressivement, en lien avec le développement de la vie: les premiers organismes vivants éliminèrent l'essentiel du gaz carbonique et ajoutèrent l'oxygène à l'atmosphère. L'équilibre thermique de la Terre est assuré par un mécanisme spécifique: l'énergie thermique en mouvement vers le haut est absorbée par les molécules gazeuses de l'atmosphère, ce qui excite leurs atomes, faisant que ces gaz "vibrent". Ces vibrations sont déterminée par les liens entre les atomes. Ces liens atomiques en vibration sont là où est retenue et absorbée la chaleur de l'atmosphère terrestre. Ces molécules gazeuses en vibration migrent alors vers des sortes de "portes" dans l'atmosphère, dites "fenêtres infra-rouges" qui laissent sortir la chaleur dans le vide de l'espace. L'équilibre thermique terrestre est ainsi assuré bien qu'il n'y ait aucun échange de gaz. Il semble que lorsque la radiation solaire, sur un cycle solaire de 11 ans, diminue, l'ozone stratosphérique diminue également. La structure thermique de la Terre est affectée diversement par les différentes longueurs d'onde la lumière solaire. La basse atmosphère, par ailleurs, voit sa température augmenter lorsque l'intensité du Soleil augmente. Les conditions de la stratosphère près du pôle nord influencent celles de cette dernière près du pôle sud quelques jours ou quelques semaines plus tard (allant même jusqu'à influencer la transition entre les saisons); les mouvements verticaux de l'air dans l'atmosphère -et entre les hémisphères- font que les évènements météorologiques -ainsi les orages- qui se produisent près de la surface terrestre déclenchent des changements dans la haute atmosphère. Des ondes de gravité -lesquelle sont des oscillation de l'air habituellement causées par la météorologie et les vents près de la surface- affectent toute la circulation de la moyenne et haute atmosphère. Les ondes de gravité atmosphériques, lesquelles proviennent de la convection et de la montée de masses d'air -ce qui se produit, par exemple, lorsque de l'air est poussé en altitude par une chaîne de montagnes; ces ondes jouent un rôle majeur dans le transfert d'énergie de la basse atmosphère jusque dans la mésosphère. Les ondes de gravité atmosphérique sont générées par la météorologie terrestre et elles impactent le transport et le mouvemnet de l'énergie de la basse-atmosphère dans l'espace proche. Les ondes de gravité (en anglais "gravity waves" ou "buoyancy waves") sont des ondes qu'on peut rencontrer dans tout fluide et donc notre atmosphère y compris et elles résultent habituellement d'obstructions ou de perturbations de l'écoulement de l'air telles des chaînes de montage ou une opposition de masses d'air de températures différentes. A la surface, l'oxygène que nous respirons consiste en deux atomes d'oxygène (O2) mais plus haut, le rayonnement solaire les dissocie, ce qui donne de l'"oxygène atomique"

On notera que l'épaisseur de l'atmosphère varie en fonction de l'activité des cycles solaires. Le Soleil, sur un cycle de 11 ans, connaît un maximum puis un minimum d'activité. L'atmosphère, à l'époque d'un minimum d'activité solaire peut perdre jusqu'à 200 km (125 miles) en épaisseur! Celle-ci revient automatiquement à la normale -et donc à sa fonction protectrice de la Terre- lorsque l'activité solaire reprend. Cette perte d'épaisseur de l'atmosphère terrestre signifie également, en termes d'activité spatiale, une réduction du "freinage" des satellites en orbite basse: la friction atmosphérique résiduelle n'agit plus sur les satellites, ne les amenant plus, sur des laps de temps assez courts, à quitter leur orbite d'eux-mêmes. Une autre réaction de l'atmosphère terrestre est celle qui a lieu par rapport aux rayons-X et des ultraviolets du Soleil: leur absorption chauffe la haute atmosphère, laquelle augmente de taille. Cette modification a également un impact sur les satellites en orbite. En d'autres termes, l'ionosphère et la thermosphère sont fortement sensibles à l'influence du vent solaire y compris lors d'épisodes ponctuels tels les flares (qui peuvent, par exemple, sur un jour, augmenter le freinage atmosphérique, à une altitude de 480 km (300 miles), de 50%). Les flares solaires peuvent engendrer une forte augmentation du nombre des particules ionisées puisque la gravité va faire descendre le plasma plus dense de gaz ionisé vers des altitudes moins denses, ce qui engendre une configuration instable de l'atmosphère. Pendant un évènement énergétique solaire, la thermosphère absorbe de l'énergie; le rayonnement infrarouge du dioxyde de carbone (CO2) et de l'oxyde d'azote (NO), les deux gaz refroidissants les plus efficaces de la région, renvoie 95% de cette énergie dans l'espace. Dans des conditions particulièrement turbulentes, l'énergie du vent solaire pour réchauffer la thermosphère, qui, alors, s'étend, ce qui exerce un frein sur les satellites, lesquels perdent prématurément leur altitude et finissent par retomber sur Terre. Quand l'ionosphère qui est là où orbitent les satellites est perturbée, ce sont, là, les communications radio qui souffrent. Dans la moyenne et haute atmosphère, d'une façon générale, la circulation des courants ou des "vagues" transmettent les effets des évènements solaires et affectent les grands schémas de la météorologie qui ont lieu en-dessous ces altitudes

vers un schéma de l'atmosphère terrestre

L'atmosphère de la Terre est structurée en couches. Le fin limbe atmosphérique de la Terre, connu, en anglais, sous le nom de "région MLTI" ("Mesosphere and Lower Thermosphere/Ionosphere", "mésosphère et basse thermosphère/ionosphère"), qui se trouve à 16-160km d'altitude, est là où la Station Spatiale Internationale et des centaines de satellites orbitent sur l'orbite terrestre basse. C'est là aussi où l'énergie solaire impacte, pour l'essentiel l'atmosphère. La basse thermosphère, entre 200 and 380km d'altitude, est le lieu où les radiations cosmiques peuvent affecter les évènements solaires et les satellites. A l'altitude où la neige et la grêle fondent, on trouve dans l'atmosphère une couche très brillante et visible, qui est beaucoup plus brillante que les couches atmosphériques qui se trouvent au-dessus et en-dessous d'elle. Les couches de l'atmosphère s'étagent ainsi de la surface terrestre au vide de l'espace

• la troposphère (de la surface à 14,5 km -9 miles). La troposphère est la couche la plus basse de l'atmosphère. Elle contient 75% de la masse totale de l'atmosphère. C'est là que se produit l'essentiel des phénomènes météorologiques et l'air y monte et y descend. Dans cette région, l'eau, la vapeur, l'ozone, les cirrus et les particules telles la poussière contribuent à la quantité de radiation -ou chaleur- qui entre et sort du système de l'atmosphère terrestre. La troposphère contient 99% de la vapeur d'eau. Les températures chutent progressivement jusqu'à -52°C (-61.6°F). La troposphère, à l'altitude de 5 km (3,1 mile) est la région de l'atmosphère la plus propice au transport des pollutions sur de longues distance. A la limite supérieure de la troposphère, se trouvent, aux alentours de 30000 pieds, les jet streams bas, ceux qui impactent sur les vols des avions commerciaux. Les jets streams les plus forts et les mieux connus sont ceux qui soufflent prèsd des pôles. Ils soufflent de l'Ouest vers l'East mais on les voit adopter des parcours sinueux, vers le Nord ou le Sud car cela résulte du fait qu'ils rencontrent des ondes lentes, dites ondes de Rossby (les ondes de Rossby, par ailleurs) pourraient aussi permettre des systèmes de connexion à longue distance entre "régions" météorologiques). Les jets streams, ainsi, peuvent souffler au-dessus de régions chaudes qui comportent de l'air froid (la Floride, par exemple). Le jet stream équatorial de la Terre fut découvert lorsqu'on observa les débris de l'explosion volcanique du Krakatoa, en 1883, qui furent emportés par un vent orienté Est dans la stratosphère. Par la suite, des ballons atmosphériques observèrent un vent orienté Est à la même altitude. On observa, finalement, que ces vents changeaient de direction régulièrement. Les jets stream pourraient jouer un rôle dans les ouragans. Cette alternance du jet stream commence dans la basse-stratosphère et descend jusqu'à la frontière avec la troposphère, qui est la couche la plus basse de l'atmosphère. Le jet stream, dans sa phase est, est associé à des températures plus chaudes et à des températures plus froides dans sa phase inversée. On appelle ce phénomène l' "oscillation quasi-biennale" (en anglais "quasi-biennial oscillation" ou QBO), un cycle durant aux environs de 28 moins. On considère que ce sont très vraisemblablement les ondes de gravité qui forcent la QBO à changer de direction même si elles ne semblent pas suffisamment fortes pour être le seul facteur. Un autre type d'onde, les ondes d'inertie gravitationnelle, qu'on repère via des aspects répétitifs de nuages, peuvent aussi intervenir dans ce processus. La "tropopause" (entre 14 et 18 km -9 à 11 miles) est une zone-tampon entre la troposphère et la couche suivante de l'atmosphère. Les "éclairs obscurs" (en anglais "dark lightning"), qu'on a commencé d'observer dans les années 1990, sont une décharge électrique qui se produisent au sein d'un orage; ils produisent, dans les zones de l'atmosphère possédant de forts champs électriques, des "flash de rayons gamma terrestres". Ces champs accélèrent les électrons jusqu'à presque la vitesse de la lumière et ceux-ci entrent en collision avec les molécules de l'air, produisent des rayons gamma, lesquels donnent des électrons et des positrons (qui entre à leur tour en collision avec les molécules de l'air et produisent encore d'autres rayons gamma)
• la stratosphère (de 17 à 50 km -11 à 31 miles). Seuls les nuages les plus élevés (cirrus, cirro-stratus et cirro-cumulus) se trouvent dans cette zone -et seulement dans sa partie basse. Du fait que la stratosphère absorbe les ultra-violets du Soleil, cette couche est une zone où la température augmente, repassant à -3°C (+26.6°F), ce qu'on nomme "inversion de température". L'inversion de température dans la stratosphère se produit du fait que l'ozone absorbe une grande partie de la radiation ultraviolette du Soleil, l'empêchant d'atteindre la surface. C'est effectivement dans la stratosphère que l'on trouve la célèbre couche d'ozone (entre 15 et 40 km d'altitude -10 à 25 miles). L'ozone (O3) est une forme instable de l'oxygène et elle est, dans cette couche de l'atmosphère, le résultat de l'interaction entre les rayons ultra-violets du Soleil et l'oxygène. La couche d'ozone nous protège des ultra-violets. L'ozone, dans les couches plus basses de l'atmosphère, est soit un polluant, soit elle est produite par les éclairs. L'air, dans la stratosphère, se déplace essentiellement horizontalement. De l'air stratosphérique, riche en ozone, peut descendre dans l'air troposphérique et apporter de l'ozone jusqu'au niveau du sol, ce qu'on appelle une "intrusion d'ozone stratosphérique". Des ondes sonores basse-fréquence existent dans la stratosphère. Des ondes stratosphériques de montagne sont créées par le vent du vortec polaire. La stratopause, entre 50 et 60 km (31-37 miles) sépare la stratosphère de la couche suivante. Entre 64 et 177km d'altitude, la haute atmosphère subit l'influence des vents de la couche météorologique et des évènements solaires

l'horizon terrestre, vue depuis l'espace, donne une bonne idée de l'atmosphère de la Terre. site 'Amateur Astronomy'

• la mésosphère (de 60 à 85 km -37 à 53 miles). Dans cette couche, la température chute à nouveau et tombe aussi bas que -93°C (-135.4°F). Les atomes, dans cette couche de l'atmosphère, sont "excités" car ils absorbent l'énergie solaire. Les "nuages mésosphériques" ou "noctilucents", qui peuvent parfois se voir, haut, après le coucher du Soleil, se forment dans cette couche de l'atmosphère. Les "plasmas de poussière" (en anglais, "dusty plasmas") sont des particules chargées qui apparaissent, de façon naturelle, dans la mésosphère. La mésopause sépare la mésosphère de la couche atmosphérique suivante
• une région qui se trouve entre 60 et 180 km (40-110 miles) d'altitude est maintenant mieux connue. Elle comprend la mésosphère et le bas de la thermosphère/ionosphère. Elle est dénommée, en abrégé, en anglais, comme la région MLTI ("mesosphere and lower thermosphere/ionosphere"). C'est la région où l'énergie venant du Soleil provoque les aurores, où se trouvent les nuages noctilucents et où un système électro-magnétique dynamique, soumis aux évènements solaires énergétiques, peut impacter les satellites en orbite et les communications. L'équilibre chimique et thermique de cette région peut changer rapidement, essentiellement du fait des évènements solaires, y compris la rotation solaire de 27 jours. Des schémas répétitifs se produisent à différentes échelles de temps, heures ou années. C'est également une région où les températures se refroidissent: les particules se raréfiant, la zone exerce moins de freinage sur l'orbite des satellites. Un niveau dense dans l'ionosphère, la "couche F" ("F-layer" en anglais), qui est particulièrement variable au-dessus de l'équateur, influe sur les communications radio car elle est tellement dynamique qu'elle n'est pratiquement jamais la même. On sait maintenant que les influx solaires de haute énergie qui atteignent cette couche de l'atmosphère sont significativement plus importants que ce que les modèles avaient décrit. Cette région comporte aussi des jet streams de haute altitude (37-40km -60-65 miles). Les "electrojets" (terme anglais) sont des structures qui orbitent dans l'atmosphère, près des pôles, à entre 96-145 km d'altitude
• la ionosphère (de 75 à 560 km -45 à 370 miles). L'ionosphère se mélange aux plus hautes -et très fines- couche de la haute atmosphère neutre de la Terre et elle est donc la région qui se trouve à la convergence du flux résultant des conditions sur Terre et de celui venant de l'espace. A 240-320km (150-200 miles) au-dessus de la surface de la Terre, l'air devient extrêment fin et ces "nuages de vapeur" se dispersent rapidement et suivent les vents qui, à cette altitude, peuvent atteindre des centaines de km/h. L'ionosphère ne répond pas seulement aux évènements solaires mais aussi à la météorologie terrestre. Des vents de haute altitude de grande ampleur transportent de l'énergie autour de la Terre et peuvent indirectement modifier l'ionosphère en déplaçandt des particules chargées dans la haute atmosphère (ce mouvement crée un champ électrique lequel impacte le comportement des particules dans l'ionosphère). Au cours de la nuit, au-dessus de l'équateur et des tropiques, apparaissent des bulles de gaz électriquement chargé, qui interfèrent quelquefois avec les communications radio. L'ionosphère est un niveau de particules chargées (électrons et ions), un plasma produit par la radiation solaire et l'impact de ses particules énergétiques ainsi que par la "précipitation" des particules de la magnétosphère -ce bouclier magnétique de la Terre- lesquelles, quelquefois se déposent dans la haute atmosphère. Les rayons cosmiques jouent aussi un rôle. L'ionosphère contient aussi un système complexe de champs électriques et magnétiques et elle subit l'influence à la fois d'ondes de l'atmosphère et de l'espace interplanétaire. Les modifications de l'ionosphère sont essentiellement dûs aux évènements énergétiques solaires, l'énergie s'accumulant puis se libérant (d'une façon assez semblable à celle des éclairs); l'ionosphère contrebalance aussi l'échauffement de la haute atmosphère dû à la thermosphère (on parle de "sur-refroidissement" ("overcooling" en anglais). Le plasma ionosphérique interagit et se mélange aux particules neutres de la fine haute atmosphère; la haute atmosphère et l'ionosphère se modifient constamment en réponse aux forces qui les affectent par le dessus ou par le bas dont les évènements solaires, les intenses vents de la haute atmosphère et les changements dynamiques du champ électrique. La région de l'atmosphère de la Terre située au-dessus de la couche d'ozone voit le rayonnement solaire ultraviolet fort décomposer les molécules neutres, les faisant passer de quelque chose ressemblant à l'air que nous respirons à des formes plus réactives de gaz, comme l'oxygène atomique. Ces composés réactifs dans l'atmosphère supérieure neutre produisent l'"airglow", cette lueur faible et globale (qu'on peut voir par exemple sur les images prises par la Station Spatiale Internationale). Le "airglow" (littéralement "lueur atmosphérique") consiste en des bandes de lumière rouges, vertes, violettes et jaunes qui s'étendent entre 80 et 650km d'altitude et il est produit lorsque les atomes et les molécules de la haute atmosphère -essentiellement de l'azote et de l'oxygène- sont interagis par l'ultraviolet de la lumière solaire et émettent de la lumière pour se débarasser de cette énergie en trop (ou des atomes et molécules ionisés par la lumière solaire entrent en collision avec un électron libre et le capturent); dans les deux, un photon est émis pour que l'atome et la molécules reviennent à leur état de base. Le phénomène est similaire aux aurores mais produit par la radiation solaire normale et non le vent solaire. La bulle de lumière produite est ténue et faible et elle entoure étroitement la Terre dans son entier. Brisant encore ces molécules, la lumière solaire en séparer les électrons, laissant un espace rempli d'électrons chargés et de ions; ce sont ces éléments qui constituent l'ionosphère. L'ionosphère existe donc dans le même espace que l'atmosphère supérieure neutre (extrêmement fine), ce qui fait de l'interface entre la Terre et l'espace une région unique où les gaz chargés et neutres coexistent. Cette zone répond aussi à la fois aux systèmes météorologiques de la Terre et aux évènements solaires. L'ionosphère a un profil grumeleux (des "mottes" de plasma), des régions de moindre densité ("bulles") se trouvent à côté de zones de ionisation de haute densité. Des perturbations ou des irrégularités de l'ionosphère se présentent sous la forme de "manques" ou bulles -qui contiennent moins d'électrons- et d'"améliorations" ou gouttes -qui en contiennent plus, qui influe sur la transmission des ondes. Les gouttes peuvent résulter directement de bulles formées près de l'équateur géomagnétique mais elles peuvent s'observer dans des régions où les bulles n'existent pas ou se former là où les bulles ne le font pas. Des structures de type onde de la thermosphère créent des ondes dans l'ionosphère via une résistance neutre ionique -phénomène dit, en anglais,"Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbances" ("perturbations ionosphériques en mouvement de moyenne échelle" ou MSTID) lesquelles créent des champs électriques qui peuvent transporter de l'énergie de l'hémisphère dans l'été à celui dans l'hiver; les bulles pourraient être la conséquence de ces champs électriques. La ionosphère est là où se produisent les aurores boréales. La température, dans cette couche, s'accroît du fait de l'énergie solaire et elle peut atteindre jusqu'à +1727°C (+3140°F). La radiation ultra-violet du Soleil sépare les atomes et les molécules de leurs électrons -les "ionise". De nombreux électrons libres se trouvent donc dans cette région de l'atmosphère et se crée une couche de gaz ionisé -de "plasma". Les ultra-violets sont les photons les plus chargés d'énergie du vent solaire. L'ionosphère, par ailleurs, réfléchit les ondes radio, permettant les communications radio à longue distance. La nuit, une chute du nombre des particules énergisées dans la ionosphère permet aux ondes radio d'atteindre une plus grande distance. Des couches -là où le plasma est important- et des "fossés" -là où il l'est moins- trouvées dans l'ionosphère sont la cause des perturbations des ondes radio; ils se forment soudainement et durent plusieurs heures, agissant comme de gigantesques miroirs. La hauteur de l'ionosphère varie entre le jour (960 km -600 miles) et la nuit (640 km-400 miles). du fait d'une diminution du rayonnement ionisant et de ce que les particules chargées se recombinent graduellement du côté de la nuit (faisant chuter la densité de l'ionosphère). L'ionosphère se divise approximativement en trois régions fonction de l'altitude et fonction de quelle longueur d'onde du rayonnement solaire y est absorbée, les régions D, E et F (la D étant la région la plus basse et la F la plus élevée). Les cycles solaires influent sur la hauteur de cette couche atmosphérique: au minimum d'un cycle les valeurs ci-dessus sont plus faibles (800 km -500 miles, et 420 km -260 miles). L'ionosphère se répartit entre ses régions D, E, et F par ordre d'altitude -la région D étant la plus basse. La région D absorbe les rayons x "durs", se trouve en-dessous 90km (56 miles) et réfléchit les ondes radio AM; la région E absorbe les rayons x "doux" (105km (65 miles) et idem; la région F absorbe les UV extrêmes (105-600km (65-373 miles) et réfléchit les ondes radio plus courtes. La densité en électrons de la région E est d'importance dans le rôle que joue l'ionosphère en matière de signaux radio et la couche contribue à l'équilibre thermique de l'ionosphère en général. La région E fut ainsi nommée par les premiers radio-amateurs qui découvrirent que la région était chargée électriquement et pouvait ainsi réfléchir les ondes radio. La région E peut être le lieu d'évènements qui font intervenir de l'oxyde d'azote positivement chargé. La région F abrite un processus dit, en anglais, le "equatorial spread F" ("diffusion équatoriale F", ESF) qui est des perturbations qui se produisent après le coucher du Soleil aux latitudes proches de l'équateur. Les couches E et F font partie de la ionosphère nocturne. Les régions E et F contiennent des électrons libres qui ont été séparés de leurs atomes par le rayonnement solaire, un processus appelé "photoionisation". Après la tombée de la nuit, sans plus l'apport du rayonnement du Soleil, les électrons rejoignent leurs atomes ce qui abaisse la densité en électrons de la région. Ce cycle journalier d'ionisation et de recombination rend les régions E et F particulièrement turbulentes et complexes: des vents verticaux, dans ces régions, créent une "soupe" tumultueuse de particules laquelle redistribue l'énergie, la vitesse et les constituants chimiques de l'atmosphère terrestre. A la base de l'ionosphère, les mouvements de particules chargées créent un courant, ainsi qu'un autre, de particules neutres, qu'on appelle la "dynamo atmosphérique" et qui se déplace en boucles de l'équateur aux pôles. Ces boucles sont déterminées par les champs électriques générés par l'activité solaire. Les rayons X solaires "doux" qui parviennent à la Terre après un flare solaire, sont déposés plus bas, dans l'atmosphère, que les radiations dans l'ultraviolet extrême et ils causent des changements quasi-instantanés dans la ionosphère, qui peuvent perturber les communications radio et les satellites GPS. Des rayons X, près des pôles nord et sud de la Terre, proviennent d'électrons qui "tombent" sur l'ionosphère en provenance des ceintures de Van Allen et des ondes électromagnétiques à basse fréquence aident à les y disperser. Les éclairs, qui ont lieu dans l'atmosphère, créent des ondes magnétiques, lesquelles commencent à encercler la Terre car elles sont capturées entre la surface et 100km d'altitude. Certaines de ces ondes -si elles ont la bonne longueur d'onde- se combinent entre elles, augmentent leur fréquence et finissent par créer un rythme répétitif, à très basse fréquence -dit "résonance de Schumann". Cela constitue une onde à faible fréquence qui s'échappe dans l'espace à une altitude située entre 400 et 800 km. La réponse de l'ionosphère aux évènements solaires voire aux éclairs, en termes de propagation des ondes radio, qu'on appelle "dégradation radio" ou "scintillation", connaît son maximum au-dessus de l'Afrique (et, généralement aux basses latitudes, près de l'équateur). Les particules électriquement chargées de l'ionosphère et les particules neutres de l'atmosphère ont une influence directe l'une sur l'autre et le vent des particules neutres crée, contre les variations de densité ionosphérique, des empilements de gaz neutre. La scintillation provient des plus grandes perturbations, généralement à basse altitude dans l'ionosphère et de nuit, lesquelles elles-mêmes sont dues à de forts cisaillements dans les mouvements horizontaux de l'ionosphère (à la base de celle-ci), endroits où les particules chargées se déplacent dans des directions opposées les unes par rapport aux autres. Au cours d'une éclipse totale des ondes de choc circulaires (en anglais "circular bow waves"), soit des perturbations de la densité des électrons dans l'ionosphère, peuvent se déplacer le long du chemin de la totalité à la vitesse de 480km/h. Ces perturbations ionosphériques mouvantes sont quelquefois responsables de la météorologie solaire dans la haute atmosphère et sont souvent liées aux ondes de gravité atmosphériques. L'ionosphère, d'une façon générale, est une région de gaz faiblement chargé électriquement située haut au-dessus de la majeure partie d'une atmosphère planétaire. Sa forme et sa densité sont contrôlées en partie par le champ magnétique interne de la planète. Pour ce qui est de la Terre, -qui possède un fort champ magnétique, l'ionosphère, y compris dans des conditions diverses de vent solaire, est relativement stable. Des cheminées de plus faible densité se forment à la base de l'ionosphère puis montent en altitude. Des mouvements en-dessous, plus près de la Terre, ont un fort effet aussi sur l'ionosphère (ils sont affectés de cycles journaliers et sont directement liés à la météorolgie sur Terre). De plus, dans les couches inférieures à l'ionosphère, on trouve aussi des particules chargées, lesquelles sont déplacées par le gaz neutre. L'ionosphère est cruciale pour les communications: les ondes radio à basse fréquence rebondissent et peuvent ainsi parcourir de longues distance et différents satellites -dont les satellites GPS- y envoient des ondes radio haute-fréquence à destination de récepteurs terrestres. La lumière solaire échauffe l'atmosphère terrestre jusqu'à 400km d'altitude. Les tempêtes ionosphériques qui se produisent vers 300-600km (186-373 miles) d'altitude ont lieu lorsque le nombre des électrons de l'ionosphère encourt des changements rapides et de grande ampleur; elles tendent à avoir lieu près de l'équateur magnétique et, significativement, pendant seulement quelques heures entre le coucher du Soleil et minuit. La tempête disperse les électrons libres et crée des bulles de petite taille qui ne possèdent que peu ou pas de matériau ionisé (ces bulles perturbent les signaux GPS). Contrairement à l'intuition, les événements solaires plus énergiques sont susceptibles de fournir un net refroidissement ainsi qu'une diminution de la haute atmosphère terrestre, plutôt que l'échauffer et l'accroître. C'est dû à de l'oxyde nitrique qui agit comme un liquide de refroidissement aux très hautes altitudes et qui provoque un "sur-refroidissement", ce qui contrecarre également la tendance de l'atmosphère à s'accroître du fait de l'échauffement provoqué par un évènement solaire; ce qui mène, ainsi, à l'opposé, à faire chuter la taille de l'atmosphère. La température de l'hydrogène atomique, généralement, par ailleurs, augmente quand l'activité solaire est faible, contrairement au comportement de la plupart des autres molécules neutres de l'atmosphère
• l'exosphère (de 640 à 1280 km -400 à 800 miles). L'exosphère est la dernière couche de l'atmosphère terrestre. Elle commence là où l'ionosphère se termine. Elle fait, en fait, partie de cet environnement le plus extérieur à la Terre, qui se fond progressivement dans l'espace. L'hydrogène et l'hélium sont encore présents dans cette couche et en constituent l'essentiel, mais à des densités extrêmement faibles cependant. L'exosphère comprend la magnétosphère terrestre. Les émisions de rayons X doux (en anglais, "soft X-rays") qui s'y produisent pourraient résulter de ce qu'on appelle le "phénomène d'échange de charge" (en anglais, "charge-exchange phenomenon"), le résultat de l'interaction du vent solaire avec les atomes neutres de l'espace interplanétaire. Le "circuit de Birkeland" est composé de jets de plasma supersoniques liés à de vastes feuilles de courant électrique dans la haute atmosphère. La théorie qu'il y existait d'énormes courants électrique mus par le vent solaire et guidés jusqu'à l'ionosphère par la magnétosphère fut postulée au début du XXème siècle par le Norvégien Kristian Birkeland. Ces courants furent confirmés dans les années 1970, après l'avènement des satellites. Les courants de Birkeland sont associés à de grands champs électriques et le circuit de Birkeland est une structure organisatrice des courants dans le système de couplage magnétosphère–ionosphère. Les courants sont plus forts dans l'hémisphère nord et varient avec la saison; les champs électriques associés se produisent là où les courants vers le haut et ceux vers le bas se connectent dans l'ionosphère et ils atteignent le plus de puissance en hiver. Les champs électriques, à leur tour, génèrent des jets de plasma supersoniques nommés "flux de frontière de courant de Birkeland" et ils peuvent accroître la température de l'ionosphère jusqu'à 10000° C. et en changer la composition chimique. Ils font également que l'ionosphère s'écoule vers le haut, à des altitudes plus élevées où des énergisations supplémentaires peuvent conduire à des pertes de matière atmosphérique dans l'espace

->Des bulles de plasma dans la haute atmosphère
De récentes études de la NASA ont montré que des "bulles de plasma" se forment dans la ionosphère et la thermosphère lorsque du plasma y devient instable la nuit. La journée, en effet, les radiations solaires y créent un plasma en ionisant les atomes et les molécules de la haute atmosphère. Mais, quand vient la nuit, les particules ionisées peuvent se recombiner en atomes ou molécules neutres. Cette "recomposition" se fait plus rapidement aux basses latitudes car il y a plus de particules ionisées lourdes (des ions moléculaires) et qu'elles se recombinent plus rapidement. Cela amène encore plus d'instabilité. Les régions équatoriales sont particulièrement turbulents car les bulles de plasma, de plus, y sont liées aux lignes du champ magnétique! Aux frontières de ces bulles de plasma, se posent des problèmes de communication pour les satellites qui orbitent dans la zone. Les bulles de plasma se forment entre 85 et 595km d'altitude. Leur vitesse ascensionnelle (pour ces nuages qui peuvent atteindre 1000km de diamètre) peut atteindre des centaines de mètres par seconde, ce qui cause des turbulences électromagnétiques. Ces bulles ont lieu préférentiellement à certaines saisons