Comment les aurores boréales se forment-elle ?

Une aurore boréale est un phénomène lumineux observable dans le ciel . c’est une sorte de voile qui offre un spectacle unique aux astronomes et aux amateurs. Elle se produit au niveau des hémisphères de la terre. Lorsque le phénomène se passe dans l’hémisphère sud, on parle d' aurores australes, et quand c'est au nord, on dit aurores boréales. Dans les deux cas, il a lieu au niveau des pôles d’où appellation aurores polaires pour designer les deux types.

Un peu d'histoire

Les aurores polaires ont longtemps existé dans diverses civilisations anciennes, associées à de nombreux mythes et légendes. Elles étaient connues sous le nom de lumières du nord et étaient considérées comme des serpents et des dragons. Par exemple dans la mythologie nordique, les aurores boréales font référence au bifrost, passerelle entre Midgard et Asgard(planète des Dieux). En Europe, elles sont perçues comme un mauvais présage ou comme le souffle des guerriers célestes qui racontent leur combats dans le ciel.

Les aurores polaires ne seront réellement étudiées qu’à partir du 17e siècle. Les astronomes commencent alors à chercher une explication scientifique au phénomène. Ainsi , grâce aux recherches de l’astronome Carl Stormer, on comprit qu’il s’agissait d’un phénomène magnétique. Depuis lors, avec le développement de l’exploration spatiale, les aurores polaires n’ont plus aucun secret pour les astronomes, on sait comment les expliquer.

Une aurore boreale en Alaska Crédits:United State Air Force

Processus de formation des aurores boréales

Une aurore polaire se forme lorsque des particules hautement chargées issues des vents solaires entrent en contact avec les gaz présents dans la haute atmosphère terrestre. En effet le soleil possède une activité plutôt agitante, marquée par des éruptions solaires et vents solaires. Une éruption solaire est une éjection de masse coronale, elle a lieu tous les 11 ans et constitue un véritable danger pour la Terre. Les vents solaires sont par contre très fréquents mais heureusement ne sont pas si forts que les éruptions solaires. Il s’agit du plasma constitué d'ions et d’électrons présents dans la haute atmosphère du soleil qui sont éjectés à travers le système solaire. Leur fréquence d’émission et leur intensité dépend de l’activité du soleil.

comment les vents solaires interfèrent avec la magnétosphère pour former les aurores. Crédits ASC

Ces particules chargées très dangereuses pour l’homme sont heureusement déviées par le champ magnétique terrestre. Lorsque les particules entrent en collision avec la haute atmosphère, elles excitent les atomes de l' ionosphère. Les atomes ne pouvant demeurer dans un état instable, un électron va changer de couche libérant ainsi de l’énergie par émission d’un photon (particule élémentaire constitutive de la lumière). Ce sont donc ces photons qui constituent les scintillements lumineux que représentent les aurores polaires. Considérant la configuration des lignes du champ magnétique terrestre, les particules sont déviées vers les deux pôles du globe dans des zone appelées ovales aurorales ; ce qui donne les aurores boréales et australes.

Vidéo explicative des aurores polaires. Crédits ASC

De quelles couleurs sont les aurores boréales

Les aurores boréales sont observables dans plusieurs couleurs. Ceci est fonction de la nature des atomes du gaz qui entrent en contact avec les particules des vents solaires, qui elle dépende de l’altitude. En effet, l’atmosphère est composée de plusieurs gaz dont l'oxygène, l’azote , l'hydrogène, l’hélium, etc. L’oxygène dont la densité est très élevée entre 100 et 300 km d’altitude émet dans le vert et le rouge tandis que l’azote émet dans le rouge et le bleu à environ 100km d’altitude. Quant à l’hydrogène et l’hélium , ils émettent du mauve et bleu. Ainsi, on distingue :

- Des aurores vertes à environ 200km dues à la collision des particules chargées avec des molécules d’oxygène. Ce sont les aurores polaires les plus fréquentes.

Une magnifique aurore verte Crédit ASC

- Des aurores rouges observables un peu plus haut dans l’atmosphère au dessus de 300km d’altitude
- Des aurores roses et rouge-foncés causées par les molécules d’azote à environ 100km d’altitude
- Des aurores mauves et bleues dues aux molécules d’hydrogène et d’hélium. Elles sont presque invisibles à l’ œil nu.

Une aurore bleu vue depuis l'ISS. Crédits: ASC

Où peut-on observer une aurore polaire ?

Les aurores polaires sont facilement observables dans les régions proches des pôles puisque le phénomène s'y produit . Les régions à latitude élevée sont donc les plus propices pour contempler une aurore polaire. Cependant, lorsque l’activité du soleil est très élevée, par exemple lors des éruptions solaires, l’intensité des vents solaires devient très forte et les aurores polaires sont beaucoup plus perceptibles , parfois même dans les régions proches de l'équateur. Aussi, puisqu’il s’agit, d’un phénomène qui se passe en haute altitude, il faut un ciel dégagé et zéro pollution lumineuse pour faire une bonne observation. Par exemple, sur l’ISS il est très facile de contempler ces aurores dans toute leur beauté. En effet l’ISS évoluant à une altitude 400km, les aurores polaires ont lieu juste en dessous de la station et l’observation est alors direct sans contrainte. La durée d’une aurore polaire peut varier de quelques minutes à plusieurs heures. Son observation ne nécessite aucun appareil particulier.

Une aurore vu depuis la station spatiale internationale...Admirez. Crédit: NASA

Peut-on prédire une aurore polaire?

"Les aurores dépendent de l'activité du Soleil. On ne peut donc les prédire que quelques heures à l'avance. Lorsque les satellites situés entre le Soleil et la Terre enregistrent un sursaut d'intensité du vent solaire, ils nous envoient un message d'alerte. Nous savons que dans l'heure qui suit, se produiront des aurores lumineuses. Certaines agences de voyage spécialisées dans les aurores utilisent d'ailleurs ce service d'alerte." précise Thierry Dudok de Wit, professeur à l'université d'Orléans et spécialiste de la relation Terre-Soleil.

Les aurores polaires existent t-elles sur d'autres planètes?

La Terre ne possède pas l'exclusivité des spectacles hypnotisants des aurores polaires. On les retrouve sur n'importe qu'elle planète possédant un champ magnétique. Des planètes du système solaire comme Mars, Jupiter ou Saturne s'illuminent sous l'effet des particules solaires.

Les aurores polaires de Saturne vues en infrarouge. © Nasa/JPL/Univ. of Arizona/univ. of Leicester