La magnétosphère est la région de l’espace entourant la Terre où le champ magnétique dominant est le champ magnétique de la Terre, plutôt que le champ magnétique de l’espace interplanétaire. La magnétosphère est formée par l’interaction du vent solaire avec le champ magnétique de la Terre. Cette figure illustre la forme et la taille du champ magnétique de la Terre qui change continuellement lorsqu’il est secoué par le vent solaire.
Cela fait plusieurs milliers d’années que les Chinois ont découvert que certains minéraux magnétiques, appelés lodestones, s’alignaient à peu près dans la direction nord-sud. La raison de cet effet n’a cependant pas été comprise avant 1600, lorsque William Gilbert a publié De Magnete et démontré que notre Terre se comportait comme un aimant géant et que les pierres à charge s’alignaient avec le champ magnétique terrestre.
Après plusieurs autres siècles d’investigation, on sait maintenant que le champ magnétique terrestre est assez complexe, mais qu’il peut encore, dans une large mesure, être considéré comme un dipôle, avec des pôles nord et sud comme un simple barreau aimanté. L’axe magnétique de la Terre, le dipôle, est incliné d’environ 11 degrés par rapport à l’axe de rotation de la Terre. Si l’espace était un vide, le champ magnétique de la Terre s’étendrait à l’infini, s’affaiblissant avec la distance, mais en 1951, alors qu’il étudiait pourquoi les queues de comètes pointent toujours dans la direction opposée au soleil, Ludwig Biermann a découvert que le soleil émet ce que nous appelons aujourd’hui le vent solaire. Ce flux continu de plasma, composé principalement d’électrons et de protons, avec un champ magnétique incorporé, interagit avec la Terre et les autres objets du système solaire.
La pression du vent solaire sur le champ magnétique de la Terre comprime le champ du côté jour de la Terre et étire le champ en une longue queue du côté nuit. La forme du champ déformé qui en résulte a été comparée à l’apparence de l’eau qui coule autour d’un rocher dans un ruisseau. Du côté jour de la Terre, plutôt que de s’étendre à l’infini, le champ magnétique est confiné à environ 10 rayons terrestres du centre de la Terre et du côté nuit, le champ est étiré à des centaines de rayons terrestres, bien au-delà de l’orbite de la lune à 60 rayons terrestres.
La frontière entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre est appelée la magnétopause. Cette frontière est constamment en mouvement car la Terre est secouée par le vent solaire en constante évolution. Si la magnétopause nous protège dans une certaine mesure du vent solaire, elle est loin d’être impénétrable, et l’énergie, la masse et la quantité de mouvement sont transférées du vent solaire aux régions situées à l’intérieur de la magnétosphère de la Terre. L’interaction entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre, ainsi que l’influence de l’atmosphère et de l’ionosphère sous-jacentes, créent diverses régions de champs, de plasmas et de courants à l’intérieur de la magnétosphère, comme la plasmasphère, le courant annulaire et les ceintures de radiation. En conséquence, les conditions à l’intérieur de la magnétosphère sont très dynamiques et créent ce que nous appelons la « météo de l’espace » qui peut affecter les systèmes technologiques et les activités humaines. Par exemple, les ceintures de radiation peuvent avoir des impacts sur le fonctionnement des satellites, et les particules et les courants de la magnétosphère peuvent chauffer la haute atmosphère et entraîner une traînée qui peut affecter les orbites des satellites en orbite terrestre à basse altitude. Les influences de la magnétosphère sur l’ionosphère peuvent également affecter les systèmes de communication et de navigation. Tous ces effets sont discutés ailleurs de manière plus détaillée.