Les aurores boréales, un phénomène lumineux fascinant, captivent l'imagination humaine depuis des siècles. Elles se manifestent sous des formes variées : voiles, draperies, arcs lumineux, illuminant le ciel nocturne de couleurs envoûtantes. Principalement vertes, elles peuvent aussi arborer des teintes mauves, rouges, et plus rarement violettes ou bleues. Mais dans quelle couche de l'atmosphère ces spectacles célestes prennent-ils naissance ?
Qu'est-ce qu'une Aurore Polaire ?
Une aurore polaire est un électrométéore, un phénomène lumineux qui se produit dans la haute atmosphère. Ces manifestations lumineuses ne datent pas d'hier, les conteurs y font allusion depuis la nuit des temps, et elles ont alimenté de nombreuses légendes. Ainsi, on retrouve des symboles liés aux aurores boréales sur les tambours chamaniques des Samis. En langue same, plusieurs mots désignent le phénomène, notamment « Guovssahas », qui signifie « la lumière que l’on peut entendre ». À l’époque viking, on croyait que ces étranges lumières émanaient des armures des Valkyries, les mythologiques vierges guerrières. Aujourd'hui, les habitants de la région les désignent respectueusement par le terme de « dame verte ».
Les aurores polaires fascinent par leur singularité, et nombreuses sont les personnes qui espèrent en observer une un jour.
L'Atmosphère Terrestre : Un Milieu Essentiel
L’atmosphère de la Terre est une couche gazeuse d'environ 700 km d’épaisseur entourant notre planète. Elle est composée à 78% de diazote (N2), 21% de dioxygène (O2) et 1% de gaz rares tels que l’argon, le dioxyde de carbone ou encore la vapeur d’eau. Cette enveloppe gazeuse est cruciale pour la vie sur Terre.
En dessous de l'atmosphère, on trouve :
Lire aussi: Guide complet sur l'Éconazole Ovule
- Le manteau : une couche d’environ 2 500 km d’épaisseur dont la température augmente entre 2000 et 3000°C.
- Le noyau : constitué de deux parties : le noyau externe, entièrement métallique et à l’état liquide avec des températures comprises entre 4 000 et 5 250°C environ, et le noyau interne. C’est à l’intérieur du noyau externe que résident des mouvements de convection qui créent le champ magnétique terrestre.
Le Rôle du Champ Magnétique Terrestre
Le champ magnétique terrestre est comme un bouclier qui entoure la Terre et la protège des rayons cosmiques et du vent solaire. Sans ce bouclier, la vie sur Terre serait compromise.
Le Soleil : Moteur des Aurores Polaires
Le Soleil est une gigantesque boule de gaz d’1,4 millions de kilomètres de diamètre, soit plus de 100 fois celui de la Terre. Il émet de la chaleur et de la lumière par des réactions thermonucléaires en son centre, dans le noyau. Le Soleil connait des phases d’activités régulières au cours desquelles il passe par des périodes très actives, à proximité de ce que l’on appelle des maximums solaires, à des phases calmes à proximité du minimum solaire. L’activité du Soleil est corrélée avec l’apparition de tâches appelées « tâches solaires » à sa surface. À proximité du maximum solaire, les tâches sont de plus en plus nombreuses, et inversement à proximité du minimum solaire.
Une tâche solaire est une région plus froide que le reste de la surface (3 500°C environ), ce qui explique pourquoi elle apparait plus sombre. Ces tâches ont la caractéristique d’être le siège de puissantes lignes de champs magnétiques qui relient un pôle + et un pôle -.
Une éruption solaire est une gigantesque explosion se produisant à la surface du Soleil, au niveau des tâches solaires. Elles se produisent lorsque les lignes de champs magnétiques se cassent. L’énergie magnétique accumulée est alors brutalement relâchée et la matière est chauffée à des millions de degrés. Des radiations dans tout le spectre électromagnétique sont aussi émises, allant des ondes radios jusqu’aux rayons gamma en passant par les rayons X.
L’intensité des éruptions est classée selon une échelle possédant une lettre. Le flux constant émis par le Soleil est souvent classé au niveau le plus faible de cette échelle, à savoir niveaux A, B et C. Les éruptions modérées prennent la lettre M, suivi des éruptions les plus fortes de classe X. Entre chaque lettre, un chiffre de 0 à 9 est attribué (exemple : M1, M2, M3…).
Lire aussi: L'univers de "Dans sa maison un grand cerf"
Lors d’une forte éruption solaire (classe M durable ou classe X), il arrive parfois que de la matière du Soleil soit éjectée. Cet évènement est appelée « éjection de masse coronale » (EMC). Il s’agit de plasma (gaz ionisé très chaud) mêlé de lignes de champ magnétique du Soleil et des particules électriques qui sont envoyés à de très grande vitesse dans l’espace.
Lors d’une éruption solaire, des lignes de champ magnétique du Soleil, des particules électriques et même parfois de la matière du Soleil (plasma) sont expulsées. Si toute cette matière, voyageant à travers le vent solaire, prend la direction de la Terre, elle interagit avec le champ magnétique de la Terre. Ces particules électriques excitent les électrons des molécules de gaz constituant l’atmosphère terrestre. En revenant à leur stade initial où ces électrons n’étaient pas excités, ces derniers émettent un photon (particule élémentaire de la lumière) et forment une aurore boréale diffuse.
Mais si la vitesse du vent solaire est très rapide et que la quantité de particules électriques est importante, ces dernières compriment le champ magnétique terrestre. Ce dernier se charge et s’étire en forme de queue, à l’arrière de la Terre, dans la partie nuit. La compression des lignes de champs peut induire une reconnexion magnétique. Toute l’énergie magnétique accumulée est catapultée à des vitesses très élevées vers l’atmosphère terrestre.
Outre l’apparition d’aurores polaires aux hautes latitudes, les fortes éruptions solaires sont susceptibles de provoquer des black-out radio, des perturbations électromagnétiques, des surtensions ou des pannes électriques. Elles sont susceptibles de détruire des satellites en orbite basse et de risquer la vie des astronautes en sortie extravéhiculaire.
Altitude de Formation des Aurores
Généralement, les aurores polaires se forment entre 100 et 300 km d’altitude, mais certaines peuvent aller jusqu’à 600 km. C'est dans cette zone que la magnétosphère devient de plus en plus faible. Cette zone abrite le champ magnétique qui nous protège de toute l’activité spatiale et notamment des différents objets cosmiques susceptibles de s’écraser sur Terre.
Lire aussi: Comprendre vomissements nocturnes bébé
- Le vert est la couleur dominante car entre 100 et 300 km d’altitude, ce sont les atomes d’oxygène qui sont excités et donnent cette couleur. La couleur verte typique est produite par les atomes d'oxygène. L’œil humain est plus sensible au vert. La couleur verte est due à la raie d’émission à 557 nm de l’oxygène atomique.
- En dessous de 100 km, à la base des aurores, il est possible d’y apercevoir du rose ou du mauve. Cette couleur résulte de l’excitation des atomes d’azote.
- Dans la partie haute de l’aurore (au-dessus de 300 km), les atomes d’oxygène produisent du rouge. La deuxième couleur la plus visible dans la plupart des aurores est due à la raie d’émission à 630 nm de l’oxygène atomique. Le bleu et le violet peuvent parfois y être présents. Les atomes d’azote produisent du bleu, du rouge et du violet. La combinaison du rouge et du bleu forme du violet.
Au moment du heurt, ces particules font jaillir de la lumière. Les couleurs, elles, diffèrent selon les atomes stimulés, du rouge au vert en passant par le violet ou le jaune. Les dégradés peuvent représenter toutes les teintes du spectre chromatique.
Les aurores polaires se produisent, lors de nuits plutôt claires, très haut dans le ciel, là où la magnétosphère devient de plus en plus faible. Cette zone abrite le champ magnétique qui nous protège de toute l’activité spatiale et notamment des différents objets cosmiques susceptibles de s’écraser sur Terre.
L'Ovale Auroral et la Localisation des Aurores
Les aurores polaires sont intimement liées avec le champ magnétique terrestre. Les lignes de champs relient le pôle Sud magnétique au pôle Nord magnétique. Les premières mesures de l’emplacement des pôles magnétiques remontent en 1831. Le pôle Nord magnétique se trouvait à cette époque dans l’arctique canadien. Les aurores polaires se forment donc autour des pôles magnétiques sous la forme d’un ovale appelé « ovale auroral ». Cette découverte a été faite grâce à des cartes comme celle de Loomis, où la zone foncée représentant la fréquence des aurores a reçu le nom d’ovale auroral.
Les aurores boréales (ou aurores polaires) se produisent le long d’un ovale positionné au-dessus de la terre par rapport au soleil. Elles sont en général visibles au-dessus du territoire de la Norvège du Nord la nuit, et au-dessus de l’archipel du Svalbard le jour. Étant donné que cette partie du pays se trouve sous l'ovale auroral, le nord de la Norvège offre certainement les meilleures et les plus constantes opportunités de voir les aurores boréales.
Les aurores polaires vont donc se former autour des pôles magnétiques sous la forme d’un ovale appelé « ovale auroral ». À 65° ou 75° de latitude, l’atmosphère est très peu dense, mais il y a quand même toujours des molécules d’azote et d’oxygène qui vont être excitées par ces particules déviées par la magnétosphère.
Ces particules solaires sont généralement déviées vers les pôles qui les attirent comme de grands aimants. C’est pourquoi les aurores se situent toujours autour de pôles, dans ce que l’on appelle le cercle auroral. Cela correspond au cercle polaire arctique ou antarctique.
Prédictibilité et Observation des Aurores
Les aurores boréales nous fascinent, et pourtant, rares sont ceux qui connaissent le mécanisme de ce light show naturel. Pourtant, le phénomène a bel et bien une cause tangible : le soleil en est le grand responsable. Que se passe-t-il exactement ? Lorsque les particules rencontrent le champ magnétique terrestre, elles sont dirigées vers un ovale entourant le pôle Nord magnétique. Là, ils interagissent avec les couches supérieures de l'atmosphère. La magie de tout cela étant que le phénomène se produit à environ 100 kilomètres au-dessus de nos têtes.
C’est pourquoi les aurores boréales n’ont rien d'automatique. Elles sont un phénomène naturel, au même titre que le temps qu’il fait. Il faut savoir que les aurores ont des tempéraments de diva et qu’elles n’entrent en scène que lorsqu’elles estiment que c’est le bon moment. Lorsque l’on part à leur recherche, la patience est une qualité indispensable. De plus, elles sont à leur apogée par temps froid et sec, généralement à partir de décembre. Avec un fort vent d’est, la côte peut être plus dégagée que certaines zones de l’arrière-pays. Lorsque le spectacle de lumière illumine le ciel, le moment vaut vraiment la peine d'être filmé.
Pour observer la lumière jaillissant des particules, il doit faire nuit et la pollution lumineuse doit être réduite au maximum. Il est conseillé de tenter l’observation des aurores polaires entre le 21 septembre et le 21 mars, dès 20h et jusqu’à 1h du matin, laps de temps durant lequel la nuit est la plus noire.
L’apparition des aurores polaires est liée aux éruptions solaires « qui ont lieu à peu tous les onze ans » explique Jean-Baptiste Renard, directeur de recherche au CNRS. Tous les onze ans, l’activité solaire connaît une baisse relative pendant un an, ce qui a un effet direct sur la visibilité des aurores.
Toutefois, toute l’année, des vents solaires, flux de plasma constitués essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil, viennent bousculer la magnétosphère. Ce phénomène excite les atomes encore présents dans l’atmosphère, plus précisément les atomes d’azote ou d’oxygène.
Les aurores polaires sont un phénomène naturel, en mouvement constant. Les lumières dansent dans le ciel pendant plusieurs heures. On appelle leurs mouvements des enroulements, des tourbillons, ou encore des draperies. C’est très surprenant, ça ondule dans le ciel et de temps en temps, il y a des précipitations, qui dégringolent comme de la pluie. Ce sont les particules qui descendent en altitude. Le phénomène se déroule à 60 kilomètres d’altitude environ et l’on observe ces descentes de particules qui se "désexcitent".
Conseils pour l'Observation en Norvège du Nord
À leur arrivée en Norvège du Nord, beaucoup de voyageurs constatent qu’ils ressentent moins le froid que ce qu'ils appréhendaient avent de venir. Avec des feux ouverts pour chauffer les chalets et les tentes lavvo, la température atteint souvent 25°C à l'intérieur. Les Norvégiens sont fans de vêtements en laine, pour les excellentes qualités thermorégulatrices qu'offre la laine de mouton. Une première couche de vêtements en laine fine est un bon début. Si vous préférez, vous pouvez choisir des sous-vêtements thermiques en fibres synthétiques, qui évacuent la transpiration. Si vous vous habillez en couches, vous pouvez facilement supprimer ou ajouter des vêtements selon qu’il fasse plus chaud ou froid. Enfilez une couche en polaire ou en laine sur la couche de base. Encore froid ? Ajoutez un pull épais (la laine c'est toujours bon), une écharpe et des chaussettes en laine.
La couche extérieure doit être imperméable et coupe-vent : un pantalon doublé, une veste thermique chaude, un bonnet chaud qui couvre les oreilles, des gants et des chaussures d'hiver appropriés. En général, le climat côtier est relativement doux, mais la pluie peut vite geler et couvrir le sol de glace. Vos chaussures doivent donc avoir des semelles en caoutchouc, ce qui est moins glissant que le plastique. Pour les activités plus rythmées comme la motoneige, vous aurez besoin d'encore plus de vêtements. En Norvège du Nord, on enlève toujours plusieurs couches de vêtements quand on rentre à l'intérieur, pour éviter d'avoir froid quand nous ressortons dehors.
Impacts des Éruptions Solaires Majeures
Il existe aussi des cas de grandes déjections de flux de plasma. « Lorsque c’est très intense, cela peut même venir perturber les satellites, le circuit électrique terrestre ou encore des centrales électriques. Les particules chargées ont des conséquences sur la stratosphère quand il y a des phénomènes énergétiques très forts ». Cela n’a pas d’impact local, mais il est important de le comprendre au niveau scientifique, précise Jean-Baptiste Renard. Dans le cadre d’éruptions solaires majeures, « si c’était une dizaine de fois plus intense […], il pourrait y avoir une sévère modification de l’atmosphère. Ce flux de particules chargées pourrait atteindre la surface terrestre. Mais cela ne se produit pas, le Soleil n’étant pas très actif » relativise l’expert.
Cependant, l’axe magnétique terrestre en a parfois été chamboulé. Cet axe est généré par les mouvements du fer en fusion au sein du noyau terrestre. « C’est un phénomène difficile à expliquer, mais l’Histoire nous a démontré que l’axe magnétique avait déjà basculé. C'est plus embêtant évidemment, parce que d’un seul coup, le champ magnétique terrestre ne joue plus son rôle de bouclier. Les particules chargées peuvent directement entrer dans l’atmosphère terrestre et atteindre les basses couches. C’est arrivé, mais on ne l’a encore jamais observé ».
tags: #dans #quelle #couche #de #l'atmosphère #se