• Aurores polaires et Boréales

    Par foxxy1 dans Astro et cosmogonie le 29 Février 2008 à 11:04
    Après de longues années d'étude du champ magnétique terrestre et solaire, permises grâce à la conquête de l'espace, on sait que les aurores polaires sont en fait le résultat de précipitation de protons et d'électrons dans la haute atmosphère qui, portées à un état excité par cet impact  de particules énergétiques, émettent un photon de longueur d'onde spécifique.

    Les aurores polaires sont donc le reflet de la haute atmosphère terrestre, mais elles sont également la manifestation la plus visible entre le vent solaire et le champ magnétique.

    Un exemple le champ magnétique terrestre :

    De nombreux astres de l'univers possèdent un champ magnétique : ils sont souvent de tailles importantes allant de la planète aux plus grosses étoiles. Ces champs magnétiques sont créés par la bipolarisation de l'astre, comme un énorme aimant, avec une partie « positive » et une partie « négative » ; et cette bipolarisation est le résultat de diverses mouvements de convexions d'éléments minéraux (comme le fer liquide) à l'intérieur de l'astre c'est à dire son noyau liquide. Et c'est ce qui se passe sur notre planète : à l'intérieur du noyau liquide de nombreux éléments chimiques chargés circulent sous forme de mouvements de convexions (c'est l'hypothèse la plus plausible qu'on proposait les scientifiques).

    Suite à cela, des lignes de champs sont ainsi « créées », partant du pôle - pour rejoindre le pôle + (ou dans le sens inverse, selon la charge de la particule en question).Ces lignes formes des couches concentriques de chaque « côtés » de la terre, de même dimension et s'éloignant de plus en plus. Les particules ainsi piégées par ces lignes de champs vont les suivre et retourner ainsi vers la terre, du côté opposé de son émission (pour simplifier, un électron arrivera au pôle nord et un noyau d'He++ au pôle sud) : c'est ce champ magnétique qui permet à de nombreux éléments de rester dans l'atmosphère terrestre (H2,N2,O2,CO2...) et qui rendent donc possible l'existence de la vie. Mais les particules ne suivent pas les lignes de champs de façon linéaires, elles s'enroulent autour d'elles avec un rayon égal au Rayon de Larmor de la particule (ce qui sera un facteur très important pour la suite).

    Cependant, ces déviations de particules chargées du vent solaire ou provenant directement de la Terre engendrent des modifications de pression des gaz magnétisés et ionisés qui, à leur tour, produisent de nouveaux courants électriques qui sont à l'origine d'un autre champ magnétique. Le champ « total » (avec celui de la Terre) qui en résulte et donc nettement plus complexe que le champ théorique décris au dessus et correspond nettement plus a la réalité : on appelle cela la Magnétosphère.

    Dans ce milieu interstellaire, en vulgarisant ce phénomène, la matière chargée amenée par le vent solaire (électrons, protons, ions...) va contourner le champ magnétique induit par la terre. La Force de Lorentz étant la plus importante dans ce cas ci, les électrons et les protons sont déviés dans des directions opposées. Cependant, comme nous l'avons déjà remarqué, un mouvement de charges génère un champ magnétique. Il y a alors deux champs magnétiques qui se rencontrent au voisinage de la Terre : celui créé par le vent solaire et celui induit par la Terre. La pression cinétique du vent solaire va alors « tasser » les lignes de champs de la Terre du côté soleil et au contraire étirer ces lignes du côté « nuit », créant ainsi une « queue neutre » qui s'éloigne du côté opposé au soleil. Cette « lame » est considérée comme neutre car elle se situe entre un flux de particules positives et un flux de particules négatives (2 lignes de champs de sens opposées), ce qui pousse à l'extrême le vide de cette région (moins d'1particule.cm-3, record absolu de vide).

    Les mécanismes dans l'atmosphère :

    Les particules chargées provenant du vent solaire pénètrent dans l'atmosphère au niveau des pôles car elles sont attirées du fait de leur charge. Lorsque les particules du vent solaire pénètrent dans l'atmosphère et plus majoritairement dans la ionosphère (entre 70 km et 750 km d'altitude), elles entrent en collision avec les composants de celle-ci. Lors de cette collision les particules solaires cèdent de l'énergie  aux différents atomes qui composent l'atmosphère ce qui les rend dans un état « excité et ionisé » : c'est la désactivation collisionnelle. Cet état excité est très court et ne dure que quelques millionièmes de secondes. Pour retrouver un état normal ces atomes excités vont émettre une lumière. Cette désexcitation par l'émission d'une lumière est à l'origine des spectres de lumières émis lors des aurores polaires.

    Les aurores boréales et australes :

    Caractéristiques :

    Les aurores boréales sont les aurores polaires qui se trouvent au Nord alors que les aurores australes sont les aurores polaires qui se trouvent au sud.

    A chaque fois qu'une aurore boréale se produit dans l'hémisphère Nord  il y a une aurore australe qui se produit aussi dans l'hémisphère sud cependant leurs intensités seront différentes. Les aurores polaires possèdent des cycles de11 ans ce qui est en adéquation avec le cycle des grandes éruptions solaires.

    Lieu de formation :

    Les aurores polaires les plus visibles se forment essentiellement au niveau de l'ovale auroral car la magnétosphère est à basse altitude. Cette zone délimite les régions proches des pôles  et fait un cercle d'un rayon de 2000 km d'envergure en période de soleil calme(peu d'éruption) alors qu'il tend à s'étendre et s'excentrer en période de soleil actif(beaucoup d'éruption).

    Les aurores les plus visibles se manifestent généralement entre 100 km et 200 km car c'est à cette altitude que l'intensité lumineuse est la plus importante.

    Les couleurs des aurores polaires :

    La couleur étant liée à la longueur d'onde elle sera donc liée au type d'atome ou de molécule qui émettra le spectre. La couleur varie aussi en fonction de l'altitude car la proportion des atomes  pouvant être excités varie selon l'altitude. Rappelons que le domaine du visible pour l'homme se situe entre 400 nanomètres et 800 nanomètres et que sous 400 nm, c'est le domaine de l'ultraviolet et qu'au-dessus de 800 nm c'est le domaine des infrarouges. De ce fait beaucoup des émissions étant faites dans le domaine de l'invisible peu des aurores polaires sont observables à l'œil. Rappelons que l'atmosphère est composée à 79% d'azote et à 20% d'oxygène. De ce fait les principales émissions dans le visible  sont faites par :                                                            

    • la molécule d'azote (N2) qui à 100 Km d'altitude émet une raie violette ou bleu très peu visible (427nm).
    • les atomes d'oxygènes (O) qui à 100 Km d'altitude émettent une raie de couleur jaune vert (557 nm).
    • les atomes d'oxygènes (O),qui sont plus haut, produisent une couleur rouge foncée (630 nm).
    • les atomes d'azotes (N) produisent une couleur rouge (520 nm).
    Les aurores polaires de couleur jaune vert ou rouge foncé sont dues à l'oxygène, alors que celles de couleur rouge ou bleu violette sont dues à l'azote.

     


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