Aurore polaire (InfoNum2 2015-2016)

De Wicri Incubateur
Ce tableau de Albert Anker illustre une activité à caractère pédagogique sur une page Espace dédié à un travail pédagogique
IUT Charlemagne-InfoNum2 20152-2016

Qu'est ce qu'une aurore polaire ?

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Depuis que le monde est monde, les aurores polaires font partie intégrante de notre planète Terre. Elles ne dépendent aucunement de l'activité humaine, mais plutôt de celle du Soleil et du champ magnétique terrestre !

L'aurore n'est pas, tel qu'on l'a cru pendant longtemps (jusqu'à il y a 70 ans), causée pas la réflexion de la lumière solaire sur les glaces de l'Arctique.

Toutefois, c'est effectivement le soleil qui est responsable des aurores polaires. La surface turbulente du soleil rejette dans l'espace des atomes et des particules subatomiques (protons, électrons). Lors de violentes tempêtes solaires, une grande quantité d'électrons et de protons venant du soleil arrivent dans l'atmosphère terrestre et excitent les atomes d'oxygène et d'azote, lesquels deviennent subitement lumineux et produisent les magnifiques voiles (rubans ou rideaux) de lumière colorée que sont les aurores polaires. On les nomme polaires parce qu'une fois arrivées dans l'atmosphère terrestre, les particules sont prises au piège par le champ magnétique qui les force à se diriger vers les pôles magnétiques nord (aurore boréale) et sud (aurore australe).

L'aurore a la forme d'une mince bande elliptique - l'ovale auroral - centrée sur les pôles nord et sud magnétiques, i.e. environ à 700 mètres des pôles géographiques. La grandeur de cette forme dépend de l'activité solaire: plus le Soleil est "silencieux" et le vent solaire calme, moins l'ovale est grand; contrairement, plus le vent solaire frappe le champ magnétique terrestre avec force et rafale, plus l'aurore devient large et s'étend.

Aparté sur le vent solaire :

La température de l'atmosphère solaire est de plusieurs millions de degrés Kelvin (température °C = température °K - 273,15). À ces températures, les collisions entre les particules sont si violentes que les atomes d'hydrogène se décomposent en électrons et en protons. Ce "matériel" ionisé est appelé plasma. Le vent solaire, c'est lorsque ce plasma s'éloigne du soleil dans toutes les directions. Il transporte le champ magnétique solaire dans l'espace interplanétaire. La vitesse et la densité de ce vent solaire varie beaucoup; celles-ci sont plus grandes quand le vent provient des régions actives du soleil, comme les taches ou les protubérances solaires.

Des chiffres... La densité moyenne du vent solaire, lors de son voyage du Soleil à la Terre, est de 8 particules par cm3 et sa vitesse moyenne, de 400 km/s; il prend un peu plus de 4 jours pour atteindre la Terre.

La Terre, elle, se protège de toutes les particules "spatiales" qui lui arrivent dessus par sa magnétosphère (i.e. une immense bulle de champ magnétique qui dévie le vent solaire). Quelques-unes des particules du vent solaire sont capturées par le champ magnétique terrestre et accélèrent pendant le trajet vers le bas, le long des lignes de champ magnétique jusque vers l'ovale des aurores. En route, elles accumulent de l'énergie qui, lorsqu'elles entrent dans l'atmosphère, et font collision avec l'oxygène et l'azote, se transforme en lumière. C'est l'aurore !

Les lumières au néon fonctionnent de la même façon. Les atomes de néon ont besoin d'être excités par l'électricité pour qu'une partie de l'énergie d'excitation se transforme en photon, ou en lumière. Dès qu'on coupe la source électrique, l'énergie n'est pas assez grande pour "allumer" les atomes de néon, et la lumière s'éteint. De même, le vent solaire doit contenir assez d'énergie pour que ses électrons excitent ceux des atomes et des molécules de la haute atmosphère terrestre, et provoque ainsi des aurores.


Historique des aurores polaires

En 593 avant J.-C., le grec Anaximène aurait aperçu des "nuages de gaz enflammé". Il semble bien que ceci aurait été une aurore polaire.

Les taches solaires avaient été remarquées par les astronomes chinois vers le Xve siècle.

Au XVIIe siècle, Galilée aurait été le premier à utiliser l'expression "aurore boréale" pour nommer ce phénomène, mais il semble qu'il n'en avait pas encore trouvé l'explication. Il avait remarqué les taches solaires (taches sombres, plus froides que le reste de la surface solaire, dont le champ magnétique est très élevé).

Au cours du XIXe siècle, quelque 27 théories scientifiques ont tenté d'expliquer, sans succès, le phénomène des aurores. Certains astronomes avaient fait une association entre les taches solaires et les aurores qui étaient anormalement intenses.

Au cours de la première moitié du XXe siècle, un norvégien, Olaf Birkeland a associé les aurores avec des courants électriques créés dans l'atmosphère par des particules solaires. Depuis les 30 dernières années, les instruments de mesure par satellites ont permis de comprendre la relation de cause à effet entre les taches solaires et les aurores. Plus les taches sont nombreuses, plus les aurores deviennent visibles des régions populeuses.


À quelle hauteur se produisent les aurores polaires ?

On a l'impression que c'est à la même hauteur que les nuages, mais les aurores se manifestent dans l'ionosphère, i.e. de 100 à 1000 km. Bien qu'il se produit des aurores polaires dès 60 km et jusqu'à une limite supérieure extrême de 2000 km d'altitude, c'est plutôt de 100 à 150 km environ au-dessus du sol qu'on les retrouve en plus grand nombre. Comme point de référence, la navette spatiale voyage à un peu plus de 300 km d'altitude.


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Couleurs des aurores polaires

Voici un exemple de la vie de tous les jours pour comprendre la lumière des aurores. Des électrons frappent sur un écran de télévision, laissant apparaître différentes couleurs selon le type de phosphore (rouge, vert, bleu) qui recouvre le tube cathodique. Parallèlement, la lumière solaire (ou les électrons) qui arrive dans l'atmosphère terrestre entre en collision avec différentes molécules. Chacun des gaz atmosphériques va briller différemment selon son état, neutre ou chargé, et aussi selon l'énergie de la particule qui la frappe.

La couleur jaune-verte, la plus éclatante et la plus fréquente, est émise par les atomes d'oxygène qui sont à environ 100 km d'altitude. Ceux qui sont plus haut, au-delà de 300 km, émettent une lumière rouge foncé. Ces aurores toutes rouges sont rares. C'est d'ailleurs ce genre d'aurores qui a quelquefois causé la confusion: certains avaient pris une aurore polaire rouge pour la lueur d'un feu de grande envergure; plus d'une fois on a fait appel aux pompiers pour éteindre... une aurore polaire!...

Finalement, les molécules d'azote, qui sont neutres, à un bas niveau, produisent une lumière rouge pâle quand elles sont frappées par les électrons. L'azote de la haute atmosphère devient ionisé et émet du bleu et du violet. Ce sont justement les molécules d'azote qui produisent la bordure inférieure, dans les teintes de rouge-violet et les côtés vagués des aurores.

Certaines aurores sont rouges avec un soupçon de vert, de bleu, de jaune et de blanc. Mais de façon plus générale, les aurores apparaissent blanchâtres avec quelques reflets vert et rarement des reflets rougeâtres. Mais à cause de la faible luminosité des aurores et de la noirceur de la nuit, notre œil perçoit mal les couleurs. Dans le sud du Canada et dans le nord des Etats-Unis, on observe surtout des aurores boréales de couleur verte.


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Quand et où observe-t-on les aurores boréales ?

On peut les observer à plusieurs reprises au cours de l'année surtout dans le nord du Canada, en Alaska et dans la partie nord de la Scandinavie. Plus particulièrement à Fairbanks [1] et Nome [2], 2 villes de l'Alaska, plus de 200 jours avec aurores peuvent être observés par année.

Nulle saison ne privilégie la fréquence des aurores boréales. On peut les voir à n'importe quelle époque. Elles sont toutefois plus fréquentes environ à tous les 11 ans, ce qui correspond au maximum d'activité des taches solaires. Cependant, puisqu'elles ne sont visibles que la nuit, on a plus de chance de les voir durant l'hiver et plus fréquemment autour de minuit (en fait, entre 22 heures et 3 heures du matin). Si par hasard, une aurore est observée tôt en soirée, il est alors fort possible qu'une autre suivra quelques heures plus tard.

Elles peuvent enflammer le ciel pendant plusieurs minutes et même parfois pendant plusieurs heures. Le plus souvent, les aurores boréales surgissent dans la direction du nord, mais on observe parfois de pâles rubans lumineux qui traversent le ciel d'est en ouest.


Prévision des aurores boréales

On ne peut prévoir l'époque ni même la forme que prendront les aurores polaires. Une gigantesque éruption solaire pourrait engendrer une aurore spectaculaire, alors qu'une éruption solaire similaire quelques mois plus tard pourrait ne rien provoquer du tout. Cependant, certaines années sont plus favorables aux aurores polaires que d'autres. Celles pendant lesquelles l'activité solaire atteint un point culminant (1990, 1991, 1992, puis le 21ème siècle.)


Comment les observer ?

En sortant le soir, de préférence à la campagne, là où le ciel est noir. Les lumières de la ville contribuent grandement à diminuer le contraste des aurores de faible intensité.


Les aurores et la météorologie

Il n'y a aucune relation entre la météorologie et les aurores polaires. On a vu un peu plus haut que les aurores polaires se produisent à environ 150 km d'altitude. Or, rendu à une altitude de 50 km, la pression atmosphérique n'est que d'un mb (1/1000 ème de ce qu'on observe à la surface de la terre). L'air est donc si rare à ces hauteurs, que les phénomènes accompagnant les aurores polaires n'ont aucune influence sur le temps, puisque ce dernier n'est déterminé que par ce qui se passe jusqu'à 15 km d'altitude au maximum. Cependant, on croit que les particules ionisantes émises par le soleil pourraient avoir une influence sur la formation de zones de basse pression, par exemple, dans le nord de l'océan Pacifique.


Les aurores et les autres planètes

Il semble que dès qu'une planète possède un champ magnétique, elle offre des aurores. Le télescope Hubble a pris des photos ultraviolet de Saturne et on a remarqué l'ovale des aurores !

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Légendes et croyances

Les aurores ont fait fonctionner l'imagination des humains au cours des âges. Dans les pays nordiques, le folklore regorge de croyances et légendes à ce propos. Une auteure, Candace Savage, en a relevé certaines.

Les shamans inuit du centre du Canada prétendaient effectuer des voyages spirituels au sein des aurores pour y puiser des conseils sur le traitement des malades.

Les aurores sont associées à la mort, à la fécondité, à la chance ou au malheur selon la provenance du folklore.

Selon une tradition circumpolaire, les aurores représentent les âmes des personnes qui sont décédées en versant leur sang lors d'un meurtre, d'un suicide ou d'un accouchement.

Des exégètes estiment que la vision divine du prophète Ezéchiel, associée par certains à la visite d'extraterrestres, serait en réalité une aurore boréale.

Selon les sources suivantes,

  • Legends of the Northern Lights, par Dorothy Jean Ray
  • The Alaska Sportsman, avril 1958
  • The Amazing Northern Lights, par S.I.Akasofu, Alaska Geographic, volume 6, numéro 2, 1979

les aurores polaires ont donné lieu à plusieurs explications. En voici quelques-unes.

Les esquimaux de diverses régions

Seuls les Esquimaux de Point Barrow considéraient les aurores comme une mauvaise chose. Ils allaient même jusqu'à se munir de leurs couteaux pour les chasser...!

La plupart des autres groupes esquimaux voyaient en l'aurore les esprits des morts qui jouent à la balle avec des têtes de morses ou des crânes. Les Esquimaux de Nunivak, eux, avaient l'idée inverse : ce sont les esprits des morses qui jouent avec des crânes humains... ouach...

Les Esquimaux de Greenland est croyaient que les aurores représentaient les esprits des enfants morts à leur naissance. L'effet de rideaux volant au vent des aurores était expliqué par le fait que les enfants faisaient une ronde perpétuelle...

Les Esquimaux vivant sur la partie sud de la rivière Yukon voyaient en l'aurore la danse des esprits de certains animaux, particulièrement les saumons, les rennes, les phoques et les bélugas.

Un mythe algonquin raconte que lorsque le créateur de la Terre (Nanahbozho) [3] eut fini son travail, il a voyagé vers le nord, endroit où il habite. Il y ferait de grands feux pour rappeler aux gens qu'il ne les oublie pas. Les aurores seraient les réflections de ces feux.

Les indiens Fox, vivant au Wisconsin, voyaient les aurores comme un mauvais présage de guerre. Elles seraient les fantômes des ennemis décédés qui, avides de vengeance, essaient de se réveiller... brrrrrr... D'autres indiens du même état, appelés Menominee, croyaient que des géants amicaux du nord tenaient en leur main d'immenses torches pour les éclairer lors de leur pêche à la lance.

Les indiens de l'est canadien (les Salteaus) ainsi que ceux du sud-est de l'Alaska [4] (les Kwakiutl et les Tlingit) interprétaient les aurores comme la danse d'esprits humains.

Ceux de l'état de Washington, les indiens Makah [5], croyaient que les aurores étaient des feux faits par des nains, dans le but de faire bouillir des BLUBBER dans le Grand Nord. Mais attention ; ces nains étaient spéciaux : ils avaient la taille d'une demi pagaie, mais ils étaient assez forts pour attraper des baleines avec leurs mains !

Les Mandan, du Dakota nord, imaginaient que les grands hommes de médecine et les guerriers des nations nordiques faisaient mijoter leurs ennemis morts dans d'énormes marmites... d'où les lueurs des aurores...

Copyright © 1993,94,95,96,97,2002 Eve Christian, Tous droits réservés


Notes

  1. ↑ Pour plus d'informations sur Fairbanks, suivez le lien suivant pour accéder au site officiel de la ville: http://www.explorefairbanks.com
  2. ↑ Pour plus d'informations sur Nome, accéder ici au site officiel de la ville : https://www.nomealaska.org
  3. ↑ Découvrez plus en détails la légende de Nanahbozho  : http://www.native-languages.org/nanabozho.htm
  4. ↑ Plus d'infos sur l'état d'Alaska sur ce site officiel : http://alaska.gov/
  5. ↑ Découvez la tribu Makah ici: https://fr.wikipedia.org/wiki/Makahs

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Auteur

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Source

Aurore polaire... Le cinéma des ours blancs, texte repris de Meteo.org

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