La structure du champ magnétique terrestre
Aujourd’hui on sait que le champ magnétique mesuré à la surface de la Terre est la résultante de deux parties, un champ interne ayant ses sources à l’intérieur du globe terrestre et un champ externe ayant ses sources à l’extérieur de la Terre.
Le champ interne
Le champ magnétique interne est la somme d’un champ principal, également appelé champ nucléaire et d’un champ crustal. Le champ principal a sa source à l’intérieur du globe ; on l’attribue à la circulation de courants électriques dans le noyau externe liquide et conducteur, situé à 2900 km sous la surface de la Terre, les forces électromotrices étant dues à un « effet dynamo ». Les mouvements s’expliquent par l’existence dans le noyau de courants de convection d’origine thermique ; par contre le mécanisme créant les forces électromotrices reste difficile à expliquer. L’instabilité de ces courants rend compte de la variation séculaire du champ principal, mise en évidence dans les observatoires grâce à des opérations de lissage (calcul de valeurs moyennes journalières, mensuelles et annuelles de ce champ) ; elle rend compte également de la lente dérive des pôles magnétiques et des inversions du champ magnétique terrestre. Le champ principal représente plus de 90 % du champ mesuré à la surface de la Terre et varie en intensité entre 65 000 nT aux pôles et 30 000 nT à l’équateur. Le champ crustal a ses sources dans la croûte terrestre. Il est engendré par des roches aimantées, situées immédiatement sous la surface de la Terre, au-dessus de la surface isotherme dite de Curie, c’est-à-dire au-dessus de la température de Curie à laquelle les roches perdent leurs propriétés magnétiques. Le champ crustal représente quelques centaines de nT et s’affaiblit rapidement avec l’altitude.
Le champ externe
Le champ magnétique externe est créé par l’interaction du vent solaire avec l’ionosphère et la magnétosphère. Il s’exprime comme la somme de deux champs issus de courants électriques circulant dans l’ionosphère, située à une centaine de kilomètres d’altitude, et dans la magnétosphère, située au-delà de l’ionosphère, c’est-à-dire au dessus de 800 à 1000 kilomètres d’altitude. Ces courants varient dans le temps, en réponse aux marées thermiques dans l’ionosphère et en fonction de l’intensité du vent solaire dont la vitesse, comprise entre 400 et 800 km/s, varie avec l’activité solaire. Le champ externe est caractérisé par les mêmes constantes de temps que le Soleil. Sa période principale est de 24 heures (cycle diurne), mais il présente également des périodes de 27 jours (cycle rotationnel solaire), d’un an (cycle révolutionnaire terrestre), de 11 ans (cycle solaire) et leurs harmoniques. L’intensité de ce champ magnétique externe varie de quelques nT (période magnétique calme) à quelques milliers de nT (période magnétique agitée ou orages magnétiques). Ces variations sont directement visibles sur les enregistrements réalisés en continu dans les observatoires magnétiques et sont responsables des aurores polaires.