Les aurores boréales

Une aurore boréale est une lueur naturelle (luminescence) du ciel, qui est clairement visible, en particulier dans les hautes latitudes. Elle est causée par la collision de particules chargées avec des atomes dans la haute atmosphère (thermosphère).

Informations générales

Comment se forment les aurores boréales ? Les particules chargées de la magnétosphère, qu’elle capte du vent solaire, sont canalisées dans l’atmosphère par le champ magnétique terrestre. La plupart des aurores se produisent dans des régions appelées zones aurorales, qui sont généralement situées à 10-20 degrés du pôle magnétique, défini par l’axe du dipôle magnétique de la Terre. Lors d’une tempête géomagnétique, ces zones s’étendent à des latitudes plus basses, de sorte qu’il est possible d’observer des aurores boréales à Moscou.

Classification

Aurore boréale au-dessus d’un lac

Les aurores boréales, en tant que phénomène naturel, sont classées en deux catégories : les aurores diffuses et les aurores ponctuelles (discrètes). Les aurores diffuses ressemblent à une lueur sans relief dans le ciel, qui peut ne pas être visible à l’œil nu, même par nuit noire. Les aurores ponctuelles varient en luminosité, allant d’à peine visibles à l’œil nu à suffisamment lumineuses pour permettre de lire un journal la nuit. Les aurores boréales en pointillés ne sont visibles que dans le ciel nocturne, car elles ne sont pas assez lumineuses pour être visibles le jour. Les aurores boréales du nord de la Russie sont connues sous le nom d’aurores polaires.

L’aurore boréale dans le centre de l’Illinois

Causes des aurores boréales

Les aurores boréales se produisent dans la stratosphère, près du pôle magnétique, et se présentent sous la forme d’une lueur verdâtre, parfois teintée de rouge. Les aurores polaires ponctuelles présentent souvent des lignes de champ magnétique et peuvent changer de forme entre quelques secondes et quelques heures. Quand puis-je voir une aurore boréale ? Elles se produisent le plus souvent à l’approche de l’équinoxe.

Le champ magnétique terrestre et les aurores sont étroitement liés. Le champ magnétique terrestre capture les particules du vent solaire, dont beaucoup se déplacent ensuite vers les pôles où elles entrent en collision avec l’atmosphère terrestre. Les collisions entre ces ions, les atomes et les molécules de l’atmosphère sont à l’origine de la libération d’énergie sous la forme d’une lueur atmosphérique, qui apparaît sous la forme de grands cercles autour des pôles. Les aurores sont plus brillantes pendant la phase intense du cycle solaire, lorsque les éjections de masse coronale multiplient l’intensité du vent solaire. Les lumières polaires de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune peuvent être visualisées dans cet article.

Pôle Sud

Y a-t-il des aurores boréales au pôle sud ? Oui, les aurores boréales au pôle sud présentent les mêmes caractéristiques que les aurores boréales. Y a-t-il des aurores boréales en Antarctique ? Oui, elles peuvent être observées depuis les hautes latitudes méridionales de l’Antarctique, de l’Amérique du Sud, de la Nouvelle-Zélande et de l’Australie.

Comment se forment les aurores boréales

Elle résulte de la libération de photons dans la partie supérieure de l’atmosphère terrestre, à une altitude d’environ 80 kilomètres. Sous l’action des particules solaires chargées, les molécules d’azote et d’oxygène passent dans un état excité et, lorsqu’elles passent à l’état fondamental, un électron est restitué et un quantum de lumière est émis. Des molécules et des atomes différents donnent des couleurs de lumière différentes, par exemple : l’oxygène — vert ou brun-rouge, selon la quantité d’énergie absorbée, l’azote — bleu ou rouge. La couleur bleue de l’azote apparaît lorsque l’atome récupère un électron d’ionisation, tandis que la couleur rouge apparaît lorsqu’il passe de l’état excité à l’état fondamental.

Rôle de l’oxygène

L’oxygène est un élément inhabituel en ce qui concerne son retour à l’état fondamental : cette transition peut prendre ¾ de seconde et émettre de la lumière verte pendant deux minutes, après quoi elle devient rouge. Les collisions avec d’autres atomes ou molécules absorbent l’énergie d’excitation et empêchent l’émission de lumière. Dans les parties supérieures de l’atmosphère, le pourcentage d’oxygène est faible et ces collisions sont assez rares, ce qui donne à l’oxygène le temps d’émettre le quantum de lumière rouge. Les collisions deviennent plus fréquentes à mesure que l’on s’enfonce dans l’atmosphère, de sorte qu’à proximité de la surface, l’émission rouge n’a pas le temps de se former, et même la lueur verte s’arrête près de la surface.

Galerie d’images

Les images d’aurores sont beaucoup plus courantes aujourd’hui, en raison de la qualité et de la disponibilité croissantes des appareils photo numériques, qui sont très sensibles. Vous trouverez ci-dessous une galerie de quelques-unes de ses images les plus impressionnantes.

Vent solaire et magnétosphère

La Terre est constamment immergée dans des courants de vent solaire, un courant raréfié de plasma chaud (un gaz d’électrons libres et d’ions positifs) émis par le Soleil dans toutes les directions, qui est produit par la chaleur de deux millions de degrés Celsius de la couronne solaire.

Le vent solaire atteint généralement la Terre à une vitesse d’environ 400 km/s, avec une densité d’environ 5 ions/cm3 et une intensité de champ magnétique de 2 à 5 nTL (l’intensité du champ magnétique terrestre est mesurée en Tesla et, près de la surface de la Terre, elle est généralement de 30 000 à 50 000 nTL). Pendant les orages magnétiques, les flux de plasma solaire peuvent être plusieurs fois plus rapides et le champ magnétique interplanétaire (FMI) peut être beaucoup plus intense.

Le champ magnétique interplanétaire se forme sur le Soleil, dans la région des taches solaires, et le vent solaire s’étend le long de ses lignes de force dans l’espace.

La magnétosphère terrestre

Schéma de la magnétosphère terrestre

Земная магнитосфера формируется под воздействием солнечного ветра и магнитного поля Земли. Оно образует собой препятствие на пути солнечного ветра, отвлекая его, на среднем расстояние около 70 000 км (11 радиусов Земли), и формирует головную ударную волну на расстоянии от 12000 км до 15000 км (от 1,9 до 2,4 радиусов). Ширина магнитосферы Земли, как правило составляет 190 000 км (30 радиусов), а на ночной стороне длинный шлейф магнитосферы, из вытянутых силовых линий поля, распространяется на огромные расстояния (> 200 rayons terrestres).

Le flux de plasma dans la magnétosphère augmente avec la densité et la turbulence du vent solaire.

Outre la collision perpendiculaire avec le champ magnétique terrestre, certains flux de plasma magnétosphérique se déplacent de haut en bas le long des lignes du champ magnétique terrestre et perdent de l’énergie dans les zones aurorales de l’atmosphère, ce qui est à l’origine des aurores boréales. Les électrons magnétosphériques sont accélérés et, en entrant en collision avec les gaz atmosphériques, font briller l’atmosphère.

La fréquence des aurores

Carte des aurores en Eurasie

Cartes de l’Amérique du Nord et de l’Eurasie avec une limite aurorale à différents niveaux d’activité géomagnétique ; Kp = 3 correspond au niveau d’activité géomagnétique le plus faible, tandis que Kp = 9 correspond au niveau le plus élevé.

Carte des aurores en Amérique

L’aurore boréale en Russie est aussi parfois observée à des latitudes tempérées lorsqu’un orage magnétique élargit temporairement l’ovale auroral. Avec un indice d’activité géomagnétique Kr=6-9, il est possible d’en observer à la latitude de Moscou.

Aurores boréales : prévisions

Les aurores boréales en temps réel (en ligne), actualisées toutes les 30 secondes

Les tempêtes magnétiques et les aurores boréales sont les plus fréquentes pendant le pic du cycle solaire de onze ans et pendant les trois années qui suivent ce pic. Dans la zone aurorale, la probabilité de formation d’une lueur dépend principalement de l’inclinaison du champ magnétique interplanétaire.

L’axe de rotation du Soleil est incliné de 8 degrés par rapport au plan de l’orbite terrestre. Le vent solaire souffle des flux de plasma plus rapidement depuis les pôles solaires que depuis l’équateur, de sorte que la vitesse moyenne des particules près de la magnétosphère terrestre diminue tous les six mois. La vitesse du vent solaire est la plus élevée (d’environ 50 km/s en moyenne) autour du 5 septembre et du 5 mars, lorsque la Terre se trouve à l’angle le plus élevé possible par rapport au plan de rotation du Soleil.

Pourquoi les aurores boréales se produisent-elles ?

En raison des collisions entre les molécules et les atomes de l’atmosphère terrestre et des particules chargées capturées par la magnétosphère sous l’effet du rayonnement solaire. Les différences de couleur sont dues au type de gaz qui entre en collision. La couleur la plus courante est le vert jaunâtre pâle, formé par des molécules d’oxygène à 80 km au-dessus de la Terre. Les rares aurores de couleur rouge sont formées par des atomes d’oxygène à une altitude d’environ 300 km. L’azote est responsable de la couleur bleue ou rouge-violet.

Influence de l’activité solaire

Le lien entre les aurores boréales et l’activité solaire a été suspecté vers 1880. Grâce aux recherches menées depuis les années 1950, on sait aujourd’hui que les électrons et les protons du vent solaire sont capturés par la magnétosphère terrestre et entrent en collision avec les gaz de l’atmosphère.

La température au-dessus de la surface du Soleil (nous parlons de la couronne, la surface du Soleil elle-même a une température d’environ 6000 degrés Celsius) est de plusieurs millions de degrés Celsius. À cette température, les collisions entre les ions sont très intenses. Les électrons et les protons libres sont expulsés de l’atmosphère solaire par la rotation du Soleil et s’envolent par les interstices du champ magnétique. Dans l’espace proche de la Terre, les particules chargées sont largement déviées par le champ magnétique terrestre. Le champ magnétique terrestre est le plus faible aux pôles, et c’est donc aux pôles que les particules chargées pénètrent dans l’atmosphère terrestre et entrent en collision avec des particules de gaz. Ces collisions émettent de la lumière, que nous percevons comme une aurore boréale.

Quel est l’endroit le plus propice à l’observation des aurores boréales ?

Elles peuvent être observées dans l’hémisphère nord ou sud, sous la forme d’un ovale de forme irrégulière centré sur le pôle magnétique. Les scientifiques ont appris que dans la plupart des cas, les aurores boréales des différents pôles sont des images miroir les unes des autres, se produisant en même temps, avec une forme et une couleur similaires.

Comme le phénomène se produit près des pôles magnétiques, les aurores boréales peuvent être observées au-dessus du cercle polaire arctique. Elles peuvent également être observées à la pointe sud du Groenland et de l’Islande, sur la côte nord de la Norvège et au nord de la Sibérie. Les aurores polaires méridionales sont concentrées dans un anneau autour de l’Antarctique et du sud de l’océan Indien.

Les zones qui ont échappé à ce que l’on appelle la pollution lumineuse sont les meilleurs endroits pour observer les aurores.

Le meilleur moment pour observer les aurores

Les chercheurs ont découvert que les aurores boréales sont cycliques et atteignent leur maximum tous les 11 ans environ (ce qui coïncide avec la période d’activité de 11 ans du Soleil). Le dernier pic a eu lieu en 2013.

L’hiver dans le Nord est une bonne période pour observer les faibles lueurs de l’atmosphère. Les courtes heures de clarté et les longues nuits claires offrent de nombreuses occasions de les observer. Le meilleur moment est généralement minuit.

Sons générés par les aurores boréales

Parfois, les aurores peuvent générer des bruits divers tels que des claquements, des craquements et des sons statiques, généralement faibles et brefs. Pendant longtemps, les scientifiques ont douté de ce phénomène parce que le son était plus difficile à documenter et que l’aurore est trop haute dans le ciel pour être entendue au sol. Cependant, des chercheurs de l’université d’Aalto, en Finlande, ont publié une étude en 2012, dans laquelle il est indiqué qu’ils ont pu enregistrer divers bruits en corrélation avec la présence visuelle des aurores boréales. Les scientifiques affirment que ces bruits se sont formés à environ 70 mètres au-dessus du sol. Ils sont le résultat de l’interaction entre les particules solaires et les gaz atmosphériques. L’université d’Alaska note que les sons produits par les aurores boréales sont si rares que très peu de personnes ont la chance de les entendre. Leur formation n’est possible qu’au moment où l’activité solaire est maximale, par des nuits sans vent et à l’écart d’autres sources de bruit.

Dans quels pays peut-on voir des aurores boréales ?

Aurores boréales en Australie

Les plus belles aurores boréales sont le plus souvent observées à des latitudes élevées — Alaska, Canada, nord de la Scandinavie, Groenland et Islande — et pendant les maxima du cycle solaire. Où puis-je voir les aurores boréales en Russie ? Le moyen le moins cher de voir une aurore boréale en Russie est de se rendre à Mourmansk.

Réponses aux questions les plus courantes

1. Qu’est-ce qu’une aurore boréale ? Il s’agit de la lueur des couches supérieures de l’atmosphère terrestre, résultant de la collision de particules solaires chargées et de gaz dans l’atmosphère. On parle d’aurore boréale parce qu’elle se produit dans l’hémisphère nord.
2. Pourquoi une aurore boréale se produit-elle ? Parce que dans le processus d’interaction entre les particules chargées et les atomes d’oxygène et d’azote (les principaux composants de l’atmosphère), ces derniers passent dans un état excité en émettant des quanta de lumière. Les atomes émettent également des photons lorsqu’ils reviennent à l’état fondamental.
3. Quand a lieu l’aurore boréale ? Pendant les fortes tempêtes magnétiques, surveillez la météo de l’espace !
4. Quelle est la fréquence des aurores boréales ? Elles se produisent le plus souvent au sommet du cycle solaire de 11 ans et pendant 2 à 3 ans par la suite.
5. Est-il possible de voir une aurore boréale pendant la journée ? Non, la lumière du soleil masque presque complètement la faible lueur de l’atmosphère.
6. Les aurores boréales sont-elles identiques aux différents pôles ? En fait, oui, elle a la même forme, les mêmes couleurs et la même durée, mais les scientifiques ont découvert qu’elle diffère légèrement d’un pôle à l’autre.
7. Peut-on voir une aurore boréale depuis l’espace ? C’est la meilleure façon de les voir depuis l’espace. Depuis l’orbite, vous pouvez voir ce que l’on appelle l’ovale auroral, formé aux pôles magnétiques de notre planète.

Lumières polaires depuis l’ISS

Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023