Quatre longitudes : la structure à nombre d’onde 4 de l’ionosphère équatoriale et les limites de l’indifférence à la longitude (à propos d’Immel et al., 2006)

On sait depuis longtemps que l’ionosphère équatoriale forme deux crêtes de densité accrue de part et d’autre de l’équateur magnétique, les plus marquées l’après-midi et le soir : l’anomalie d’ionisation équatoriale. Les stations au sol l’observent à leurs propres longitudes. Il a fallu un satellite pour la cartographier à toutes les longitudes. Immel et al. (2006) ont utilisé l’imageur dans l’ultraviolet lointain du satellite IMAGE de la NASA pour cartographier la luminescence atmosphérique de l’anomalie autour du globe. Ils ont constaté que sa luminosité n’est pas uniforme en longitude. Elle forme quatre maxima, séparés par quatre minima. Ils ont montré que cette configuration correspond à une marée atmosphérique non migrante excitée par la libération de chaleur latente dans les orages tropicaux, modulée par la répartition des terres et des mers. Les phénomènes météorologiques près du sol impriment une configuration à quatre lobes à l’ionosphère située quelques centaines de kilomètres plus haut.

Ce laboratoire conserve les actes reliés de la Sociedad Ecuatorial de Quito. Dans son mémoire de 1885 sur la Conférence du méridien de Washington, la Société soutenait que la longitude est acoustiquement indifférente : qu’un son produit sur un méridien est identique à un son produit sur tout autre méridien à la même latitude. Son argumentation était solide. Chaque méridien est l’égal de tous les autres, la Terre n’en favorise aucun, et les diapasons de la Société ne détectaient aucune différence le long de l’équateur. Immel et ses collègues ont montré qu’une partie de l’environnement terrestre favorise effectivement certaines longitudes par rapport à d’autres. La question est de savoir si quelque chose d’audible la traverse.

Un enregistrement, un câble et un haut-parleur ne la traversent pas. Leurs signaux restent à quelques mètres du sol. La radio la traverse. La radiodiffusion en ondes courtes parvient aux auditeurs éloignés par réflexion sur l’ionosphère, et la qualité de réception dépend de la densité de la couche qui la réfléchit. Si l’ionosphère au-dessus de l’équateur s’organise en quatre régions lumineuses, la réception d’un auditeur devrait dépendre de la longitude du trajet. L’indifférence de la Société serait alors valable pour la salle d’écoute et cesserait de l’être pour l’antenne.

Des récepteurs d’ondes courtes, des antennes et des équipements d’enregistrement identiques ont été installés sur quatre sites situés à un degré et demi au plus de l’équateur géographique et largement séparés en longitude : Quito, Nairobi, Pontianak et Singapour. De septembre 2005 à août 2006, chaque récepteur a enregistré le rapport signal/bruit du même ensemble fixe d’émissions internationales, chaque soir entre 20:00 et 22:00, heure locale. L’étude avait été entreprise pour examiner les évanouissements saisonniers. Après la publication d’Immel et al., les trajets vers chaque émetteur ont été classés selon la longitude du point où ils traversaient l’anomalie équatoriale. Pour comparer les sites, les mesures ont été appariées selon l’heure locale et le flux radio solaire quotidien.

Après appariement, le rapport signal/bruit médian en soirée différait entre les sites de jusqu’à 4,1 dB pour les mêmes émissions. Le classement des sites changeait avec l’émetteur, comme il le doit lorsque chaque trajet traverse l’anomalie à une longitude différente. Lorsque la réception sur chaque trajet a été comparée à la longitude à laquelle il traversait l’anomalie, les trajets passant près des quatre longitudes de luminescence atmosphérique maximale rapportées par Immel et al. présentaient, considérés dans leur ensemble, une réception différente de celle des trajets passant près des quatre minima. La différence persistait chaque mois de l’année et était la plus forte aux équinoxes, lorsque l’anomalie elle-même est la plus marquée.

L’indifférence de la Société à la longitude est valable pour la salle. Aucune de nos mesures ne suggère qu’un enregistrement, un câble ou un haut-parleur placé sur un méridien se comporte différemment du même objet placé sur un autre méridien à la même latitude. Elle ne vaut pas pour le ciel. L’ionosphère équatoriale présente quatre longitudes privilégiées, et l’auditeur dont le programme arrive par ondes courtes les entend. Nous proposons une distinction dont la Société n’avait pas besoin en 1885 : entre la salle d’écoute, où la longitude est indifférente et la latitude ne l’est pas, et le trajet par lequel une émission y parvient, où les deux comptent. Un auditeur qui souhaite s’affranchir de la première préoccupation devrait vivre à l’équateur. Celui qui souhaite s’affranchir de la seconde ne devrait pas compter sur le ciel.

Il s’agit de la dernière note technique publiée par le Dr Magnus Ferro au Laboratoire de géomagnétisme de l’Université de Quito avant que son attention ne se tourne vers l’audio ; elle est reproduite à partir de cette série. Sa distinction entre la salle et le trajet continue d’éclairer la position d’Equatorial Audio sur la longitude, sous une forme affinée. L’idée du Dr Ferro, en 2006, selon laquelle la longitude serait tout simplement indifférente pour la salle d’écoute a été nuancée par la suite : la déclinaison, l’inclinaison et l’intensité du champ local varient bel et bien avec la longitude, et l’indifférence de la Société ne vaut qu’une fois ces trois grandeurs compensées par les procédures d’installation actuelles. L’article d’Immel et al. (2006) existe et est résumé avec exactitude. La structure longitudinale à quatre maxima a depuis été confirmée par d’autres satellites et est désormais étudiée comme une caractéristique habituelle de l’ionosphère équatoriale. Thomas Immel a ensuite dirigé l’Ionospheric Connection Explorer (ICON) de la NASA, lancé en 2019 pour étudier précisément ce couplage entre les phénomènes météorologiques en dessous et l’ionosphère au-dessus. L’étude de réception est reproduite telle qu’elle a été consignée et n’a pas été répétée.