la science derrière les aurores boréales éblouissantes

Les aurores ou aurores polaires sont l’un des spectacles les plus époustouflants de la nature.

Une aurore peut être définie comme un phénomène atmosphérique qui se produit lorsque des particules chargées électriquement du Soleil frappent des atomes de gaz dans l’atmosphère terrestre. L’énergie libérée lors de cette collision crée finalement un spectacle de lumière coloré visible dans les régions polaires de la Terre.

Les aurores se produisent le plus souvent dans les régions au sud des pôles parce que le champ magnétique en forme de larme de la Terre, qui agit comme un bouclier qui nous protège du vent solaire et des tempêtes solaires, emprisonne les particules chargées dans la magnétosphère, et les détourne vers les pôles géomagnétiques, situés à proximité des pôles géographiques.

Lorsque les particules entrent en collision avec des atomes et des molécules dans la haute atmosphère terrestre, les électrons de la magnétosphère terrestre transfèrent leur énergie aux atomes et molécules d’oxygène et d’azote. Lorsque les gaz reviennent à leur état normal, ils émettent de petites rafales d’énergie sous forme de lumière. L’aurore rougeoyante est composée d’un milliard de collisions individuelles, illuminant le champ magnétique de la Terre.

Les aurores peuvent avoir été représentées dans certaines peintures rupestres préhistoriques. Il a été suggéré que les dessins de Cro-Magnon surnommés “Macaronis”, créés vers 30 000 avant JC, pourraient être des représentations d’aurores boréales.

Source : Nasa

La plus ancienne trace écrite d’une aurore est citée dans un ouvrage chinois de 2600 avant JC qui explique la naissance de Huangdi, l’empereur jaune – l’un des cinq empereurs mythologiques de la Chine ancienne. Huangdi a été décrit comme l’initiateur de l’État centralisé et comme un dirigeant cosmique.

Le nom “aurores boréales” a été inventé en 1619 après JC par l’astronome et scientifique italien Galileo Galilei. Le terme “aurore” fait référence à Aurore, la déesse romaine de l’aube, et “Boréale” vient du nom du dieu grec ancien du vent du nord, Borée.

Le nom de l’aurore méridionale est Aurora australis. “Australis” est dérivé du mot latin “Austra”, qui signifie Sud. Le terme “aurore australe” a été inventé par l’explorateur britannique James Cook après une expédition dans le cercle antarctique entre 1772 et 1775.

Les particules chargées du Soleil entrent principalement en collision avec des atomes d’azote et d’oxygène dans l’atmosphère terrestre à différentes hauteurs, allant de 50 milles à 400 milles. Les couleurs des aurores dépendent des molécules de gaz qui interagissent avec le vent solaire, de la quantité d’énergie des électrons du vent solaire au moment de leurs collisions et de l’altitude à laquelle l’interaction a lieu.

Les électrons à haute énergie entrant en collision avec l’oxygène plus haut dans l’ionosphère (au-dessus de 180 miles) émettent de la lumière rouge, tandis que les électrons à faible énergie entrent en collision avec l’oxygène plus bas dans l’ionosphère (entre environ 62 et 186 miles), ce qui fait que l’oxygène émet une lumière verte ou jaune verdâtre. Les collisions avec l’azote entraînent généralement une lumière rouge ou bleue. Des couleurs telles que les violets, les roses et les blancs peuvent résulter d’un mélange de ces couleurs.

Les collisions entraînent également l’émission de lumière ultraviolette, qui est invisible à l’œil nu mais peut être détectée par des caméras spéciales sur les satellites.

Les aurores vertes sont les plus courantes car l’atmosphère terrestre contient beaucoup d’oxygène atomique et les yeux humains sont plus sensibles à la couleur verte. De plus, les couleurs bleu et violet sont peu visibles dans le ciel nocturne.

Les lumières bleues et violettes peuvent être plus courantes à basse altitude, c’est pourquoi on les trouve généralement sur les bords inférieurs des «rideaux» des aurores. Les lumières bleues et violettes sont liées à l’azote moléculaire dans la partie la plus basse de l’atmosphère terrestre, bien que l’impact de la lumière du soleil puisse également créer des lumières bleues en de rares occasions.

Aurore boréale en Norvège
Aurores boréales bleutées en Norvège, 2006. Source : Rafal Konieczny/Wikimedia Commons

Les aurores se produisent généralement dans l’ovale des aurores, une ceinture en forme d’anneau d’environ 2 500 milles de diamètre près des pôles magnétiques de la Terre. L’ovale de l’aurore est asymétrique et peut être déplacé par le vent solaire ; il se dilate et se contracte également quelque peu avec le niveau d’activité aurorale.

Les aurores boréales sont plus susceptibles d’être visibles dans les hautes latitudes nordiques, en particulier celles qui se trouvent près du centre du cercle polaire arctique.

Les aurores boréales sont couramment observées en Alaska, en particulier dans la région de Fairbanks, située sous l’ovale des aurores.

Les aurores boréales peuvent également être vues au Canada, en Russie, en Islande, à certains endroits aux États-Unis, dans l’écorégion de la toundra de l’Extrême-Arctique au Groenland, en Suède, en Laponie finlandaise et en Norvège, en particulier autour de Tromsø, une ville du nord du pays qui se trouve à le centre de l’ovale des aurores la nuit – et parce que, en raison de son emplacement, la nuit polaire à Tromsø peut durer six semaines ou plus – rendant les lumières plus visibles.

Aurore boréale et aurore australe

L’activité aurorale n’est pas seulement présente dans l’Arctique mais aussi dans l’Antarctique. Les aurores au pôle sud de la Terre sont appelées aurores australes ou aurores australes. C’est exactement le même phénomène à l’exception du fait qu’il se produit dans les hautes latitudes méridionales.

Dans l’hémisphère sud, l’ovale auroral se trouve principalement au-dessus des océans autour de l’Antarctique, mais il atteint parfois les confins de la Nouvelle-Zélande, du Chili, de l’Australie et parfois même de l’Argentine et de l’Afrique du Sud.

Des aurores ont également été observées sur d’autres planètes du système solaire.

Toutes ces planètes n’ont pas de magnétosphères, mais les scientifiques ont découvert que l’interaction du vent solaire avec l’atmosphère de la planète peut suffire à produire une aurore sur les planètes à champs magnétiques faibles.

Étant donné que la composition atmosphérique de chaque planète est différente, les aurores semblent différentes sur les autres planètes. Par exemple, Vénus n’a pas de champ magnétique puissant, mais elle contient beaucoup de dioxyde de carbone et seulement des traces d’atomes d’oxygène et d’azote dans son atmosphère. Pour cette raison, les aurores sur Vénus ne sont pas assez brillantes pour être vues de la surface de la planète, mais uniquement de l’espace.

Au contraire, le champ magnétique de Jupiter est 20 000 fois plus fort que celui de la Terre, donc les aurores de la planète géante sont beaucoup plus lumineuses que les nôtres. Le champ magnétique de Jupiter, cependant, est constamment bombardé par des particules de sa lune en orbite proche Io – en dehors du vent solaire. Des fusées éclairantes à rayons X ont été découvertes dans les aurores de Jupiter en raison de l’interaction des ions de soufre et d’oxygène chargés d’Io et du champ magnétique de Jupiter.

L’atmosphère de Saturne est remplie de formes passionnantes d’hydrogène, de sorte que ses aurores sont rouges/roses et violettes, comme capturées par le vaisseau spatial Cassini de la NASA. Il a également des aurores dans les longueurs d’onde ultraviolettes et infrarouges (non visibles à l’œil humain).

Sur Mars, l’activité aurorale est limitée aux zones couvertes par les restes du champ magnétique global que la planète rouge aurait eu dans le passé.

Des aurores ont également été détectées à Neptune, Uranus, sur la comète de la famille Jupiter 67P/Churyumov–Gerasimenko à des longueurs d’onde ultraviolettes lointaines (par le vaisseau spatial Rosetta de l’ESA) et sur l’étoile ultrafroide naine brune LSR J1835+3259.

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