vignette|Aurore australe observée depuis la navette Discovery en .
La météorologie de l'espace, ou météorologie spatiale, est une discipline récente qui s’intéresse principalement à l'impact de l'activité solaire sur l'environnement terrestre. Plus exactement : « La météorologie de l’espace est la discipline qui traite de l’état physique et phénoménologique des environnements spatiaux naturels. Au moyen de l'observation, la surveillance, l'analyse et la modélisation, elle vise plusieurs objectifs : d'une part, comprendre et prévoir l'état du Soleil et des environnements interplanétaire ou planétaire, ainsi que les perturbations qui les affectent, qu’elles soient d’origine solaire ou non ; d'autre part, analyser en temps réel ou prévoir d'éventuels effets sur les systèmes biologiques et technologiques » (définition adoptée par le portail européen de la météorologie de l’espace).
Terminologie
Les deux appellations météorologie spatiale et météorologie de l'espace sont souvent utilisées de manière interchangeable. La première est cependant déjà utilisée pour désigner le traitement de données spatiales à des fins de météorologie terrestre, et devrait donc être évitée. Les anglophones parlent de space weather, un terme qui est apparu dans les années 1980. On assiste aussi aujourd’hui à l'émergence de la climatologie de l'espace, qui s’intéresse plus particulièrement aux effets à long terme.
En France Météo-France, le service national de la météorologie et de la climatologie, appelle météorologie spatiale l'exploitation de données satellitaires au service de la prévision météorologique terrestre..
Caractéristiques
Cette discipline marque une rupture avec la recherche spatiale classique, car l’accent est ici mis sur l’interaction entre des milieux différents, allant du cœur solaire à la croûte terrestre, et sur la mise en place d’un service opérationnel de prévision, comme en météorologie terrestre. Certains de ces impacts peuvent avoir des conséquences économiquement importantes : satellites artificiels inopérants, voire détruits, irradiation des astronautes et des passagers à bord d’avions de ligne, perturbation du positionnement par satellite, perturbations sur les réseaux de distribution de l’électricité, etc.
Lien avec la météorologie terrestre
La météorologie de l’espace et la météorologie terrestre possèdent de nombreux points communs. Dans les deux cas, l’objectif est de surveiller notre environnement pour en prédire l’évolution dans des buts économiques, scientifiques mais aussi stratégiques. La météorologie terrestre date de nombreux siècles, mais c'est à partir de la seconde moitié du qu'elle passait d’une curiosité scientifique vers un service opérationnel apte à livrer des produits pour le grand public. Elle a pris un essor plus rapide dans les années 1920 quand les premiers théoriciens de l’École de météorologie de Bergen ont établi les bases scientifiques de la discipline et dans les années 1970, lorsque les satellites d’observation offrirent enfin une vision globale de l’atmosphère terrestre et la prévision numérique du temps devint un outil incontournable.
La situation actuelle en météorologie de l'espace est comparable à celle qui prévalut en météorologie terrestre dans les années 1960. Même s’il y a une prise de conscience de son importance et des conséquences économiques, la compréhension scientifique reste encore limitée et le manque de moyens d’observation adéquats reste un obstacle majeur. De fait, il existe aujourd’hui très peu de produits adaptés aux utilisateurs, car les prévisions manquent de fiabilité et/ou ne peuvent pas être fournies suffisamment à l'avance.
Notons aussi quelques différences importantes entre météorologie de l'espace et météorologie terrestre. La première ne peut pas se faire à l’échelle régionale et nécessite la prise en compte de l’héliosphère entière. Un programme spatial de météorologie de l'espace ne peut se concevoir qu'à l'échelle internationale.
Historique de la discipline
1859 : Le septembre, l’astronome Richard Carrington observait un groupe important de taches solaires, quand tout d’un coup "deux points intensément lumineux et blancs sont apparus". Carrington venait d’observer une éruption (flare) particulièrement violente, rarement visible en lumière blanche. 17 heures plus tard, l’environnement terrestre fut fortement perturbé, déclenchant des aurores jusqu’à basse latitude, et de nombreuses perturbations dans le réseau télégraphique. Carrington fut un des premiers à faire le rapprochement entre ce qui s’était passé sur le Soleil et les répercussions sur Terre. 1928 : le Général Ferrié utilise un émetteur radio situé au sommet de la Tour Eiffel pour diffuser rapidement aux opérateurs radio les données solaires, géophysiques et ionosphériques fournies par les différentes communautés scientifiques françaises. Il établit ainsi une collaboration en « temps réel », et fédère ces services nationaux en un service international, lorsqu’il devient président de l’Union Radio-Scientifique Internationale (URSI). Les messages envoyés sont appelés des ursigrammes. 1961-1962 : en 1962, l’IUWDS (Service International des Ursigrammes et Jours Mondiaux)Un ursigramme est en astronomie un message contenant des informations relatives aux paramètres astronomiques transmis sous forme de télégramme., suivant l’exemple de l’organisation européenne SPARMO (Solar Particles And Radiations Monitoring Organization) en 1961, adopte son premier programme de prévisions des phénomènes géophysiques, les GEOALERT, et les phénomènes solaires, les SOLALERT. 1966 : Le Centre de Prévision de l'activité solaire de l'Observatoire de Meudon, sous la direction de Paul Simon, diffuse des bulletins de prévision de l'activité solaire à court terme (24h). Il sera RWC (Regional Warning Center) de l'ISES (International Space Environment Service) jusqu'en 2000. 1969 : Dans le cadre du programme Apollo, la NASA crée un service de surveillance de l’environnement terrestre pour déterminer le risque d’irradiation des astronautes. Ceux-ci sont en effet exposés à des doses de rayonnement importantes en fonction des régions traversées (notamment les ceintures de rayonnement) et lors d’éruptions solaires. Ce service de la NASA marqua un premier pas vers la compréhension et la prévision des risques associés au milieu spatial. 1990 : Le Space Environment Center (Boulder, États-Unis) récolte les données provenant de divers instruments sur le sol et dans l’espace, dans le but de caractériser le milieu spatial, et devient le principal centre de prévision du milieu spatial. C’est aussi le seul à fonctionner 24h/24 et à pouvoir ainsi être qualifié d’opérationnel. Ce centre fonctionne en collaboration étroite avec l’US Air Force, pour qui la connaissance permanente de l’environnement spatial devient un enjeu stratégique. 1995 : Le satellite scientifique SoHO, destiné à l’observation du Soleil, vient bouleverser notre compréhension de cet astre et révèle à la fois la violence et la complexité des mécanismes éruptifs. 1999 : La NASA lance le projet “Living With a Star” (LWS), comprenant une flottille de satellites pour observer la Terre et le Soleil. Pour la première fois, des satellites scientifiques ont vocation à alimenter un service opérationnel voué à l’étude du milieu spatial : les données doivent être disponibles en temps réel et sans interruption. Dès 2003, ce programme est rebaptisé International Living With a Star et inclut désormais des missions européennes, japonaises et chinoises. Le premier satellite (et aussi le plus gros) à entrer dans le cadre de ce programme est Solar Dynamics Observatory, qui a été lancé en ; il sert à l’observation permanente du Soleil. En 1999 l’Agence spatiale européenne (ESA) mandate deux consortiums pour concevoir un programme de service européen de météorologie de l’espace. Les conclusions sont rendues deux ans plus tard. La communauté scientifique émet un message fort pour que soit mis sur pied un réseau européen de prévision ainsi qu’un ensemble de satellites d’observation. Mais le marché n’est pas encore mûr et beaucoup d’utilisateurs potentiels ne sont pas prêts à investir dans un tel service. Il y a aussi un problème politique : un tel service doit-il être assuré par l’ESA ou par la Communauté européenne ? La situation aux États-Unis est très différente, où le budget spatial est comparativement plus important et où l’armée est fortement impliquée. L’ESA décide pour l’instant de financer une série de projets pilotes. 2004 : Des scientifiques européens montent le programme COST724, dont le but est de fédérer les activités de différents pays européens dans le domaine de la météorologie de l’espace. Ce programme s’achève en 2007 avec la mise en ligne d’un portail internet, qui regroupe notamment tous les partenaires. 2007 : De nombreux pays financent des projets de recherche consacrés à la météorologie de l’espace. Plusieurs sondes spatiales vont bientôt permettre d’étudier de nouveaux aspects des relations Soleil-Terre. Il s’agit de projets européens (PicardPICARD, PROBA-2PROBA2), voire internationaux (STEREOSTEREO, SDOSDO, HinodeHINODE…). On reste cependant encore très loin d’un programme opérationnel qui délivrerait des projets destinés aux utilisateurs, comme c’est le cas en météorologie terrestre. 2009 : le solaire (d'une durée moyenne de 11 ans) s'achève avec un Soleil dans un état très calme, tel qu'il n'y en plus eu depuis la fin du . Le vent solaire est exceptionnellement calme, le rayonnement UV est particulièrement faible, et les taches solaires sont rares. Les divers modèles de prévision du cycle solaire n'avaient pas prévu cet état léthargique, ce qui souligne la difficulté à bien comprendre la dynamique de notre astre. Le solaire qui suit, culmine en 2013-2014 avec un niveau d'activité nettement plus faible que les précédents. 2010 : en France la Division Surveillance de l'Espace du Commandement de la Défense Aérienne et des Opérations Aériennes (Armée de l'Air), développe FEDOME (FEDération des DOnnées de Météorologie de l'Espace). Son but est de démontrer la faisabilité et l'intérêt d'un service opérationnel des événements météorologiques de l'espace au profit des unités de la Défense. En coopération avec des organismes de recherche tel que l'Observatoire de Paris, l'Institut Physique du Globe de Paris et l'Observatoire du Pic du Midi, ce prototype réunit des données scientifiques liées à l'activité solaire, à l'activité géomagnétique et ionosphérique afin de fournir des prévisions opérationnelles ayant un impact sur la technologie.
Soleil
vignette|redresse=1.5|Activité solaire depuis l'an 900, mesurée par la variation de quantité de l'isotope carbone 14 par rapport à l'actuelle, dans le bois. Plus l'activité solaire est importante, plus la concentration du carbone 14 dans l'atmosphère et le bois est faible, car les vents solaires dévient les rayons cosmiques à l'origine du carbone 14. vignette|redresse=1.5|Évolution de l'activité solaire déterminée à travers le nombre de taches solaires en bleu (observations consignées par les observateurs de l'époque) et la concentration du béryllium 10 présent dans les carottes de glace (en rouge). Les oscillations rapides correspondent au cycle solaire de 11 ans.
Comme de nombreuses étoiles, le Soleil n’est pas immuable. L'intensité de son activité varie d'une part selon un cycle court (le cycle solaire) dont la périodicité est de 11 ans en moyenne et d'autre part à l'échelle de plusieurs siècles comme par exemple durant l'épisode du minimum de Maunder (1645-1715) au cours duquel il n'y avait plus de taches solaires(voir la courbe rouge dans le schéma de droite).