L’origine des aurores boréales – 1ère partie

aurores boréales

Dans un article précédent, nous nous sommes intéressés de plus près à la photographie des aurores boréales. Mais comment ces phénomènes se produisent-ils ? Nous allons approfondir cette question dans les prochains articles.

Pour mieux comprendre l’origine des aurores boréales, il faut d’abord évoquer certaines bases. En effet, ces phénomènes naturels ne peuvent se produire que grâce à un enchaînement de différents processus chimiques et physiques.

L’origine des aurores boréales – 1ère partie

 Influence de l’ionosphère et de la magnétosphère

Comme nous le savons déjà, la Terre est entourée d’un champ magnétique généré par un principe dynamoélectrique à l’intérieur de la Terre. Il est également appelé champ dipolaire et, comme il présente un pôle nord et un pôle sud, son orientation ressemble à celle d’un barreau magnétique. Cependant, il contient également des parties d’ordre supérieur, également appelées multipôles. Les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques, car l’axe magnétique N-S est incliné d’environ 11° par rapport à l’axe de rotation de la Terre.

Les courants provoqués dans l’ionosphère et la magnétosphère génèrent un champ magnétique beaucoup plus faible, qui se superpose au champ magnétique terrestre. L’intensité de ce champ peut varier considérablement et a une grande influence sur la formation des aurores boréales.

champ magnétique terrestre
Illustration 1 : Représentation schématique du champ magnétique terrestre. (Schlegel B. & Schlegel K., 2011)

Un autre facteur important dans la formation des aurores polaires est l’ionosphère. Elle commence à environ 90 km d’altitude et fait partie de la thermosphère. Il y règne une forte densité de gaz, sur laquelle la majeure partie de tous les rayons X entrants sont absorbés. De plus, la température augmente énormément dans cette couche. Cela ne serait pas perceptible en raison de la faible densité et de la pression.

Illustration 2 : Le diagramme illustre l’augmentation de la température à partir d’une altitude d’environ 100 km. (Schlegel B. & Schlegel K., 2011)

Dans l’ionosphère, les composants de l’air sont ionisés par les rayons solaires de courte longueur d’onde. Lors de ce processus, des électrons sont arrachés aux atomes et aux molécules. L’air se transforme en un plasma composé d’ions, d’électrons et d’autres molécules neutres.

Grâce à ce processus, un courant électrique peut circuler à 90 km d’altitude. La composition de l’ionosphère ne correspond pas à celle de l’atmosphère normale. Ici, ce sont surtout les ions positifs de la molécule d’oxygène (O2+), de l’oxyde d’azote (NO+) et de l’oxygène pur (O+) qui dominent. L’importance de cette couche sera expliquée plus tard. (Schlegel B. & Schlegel K., 2011)

Le soleil comme déclencheur

Notre soleil joue un rôle décisif dans la formation des aurores boréales. Son rayon est presque 100 fois celui de la Terre et il est presque 1000 fois plus lourd que toutes les planètes de notre système solaire réunies.

À l’intérieur se trouve le noyau, où l’hydrogène est transformé en hélium par fusion nucléaire. Ici, la température est d’environ 15 millions de kelvins. Après la zone calme de transport du rayonnement, dans laquelle les particules de lumière sont transportées vers l’extérieur, se trouve la zone de convection. C’est ici qu’a lieu un échange permanent de gaz chaud et de gaz froid, ce qui provoque l’aspect bouillonnant caractéristique. La surface visible est la photosphère. Elle est constituée d’une couche de gaz beaucoup plus fine que celle de l’atmosphère terrestre. La température n’y est plus que d’environ 6000 kelvins. C’est là que se forment les taches solaires caractéristiques, qui indiquent les régions où les champs magnétiques sont intenses. Ici, la température n’est que de 4000 kelvins. La dernière couche de l’atmosphère solaire est la couronne. Elle s’étend sur plusieurs millions de kilomètres au-delà de la surface visible du Soleil. Il y règne à nouveau des températures d’un million de kelvins.

Une attention particulière doit être accordée aux taches solaires. Elles jouent un rôle essentiel dans la formation des aurores boréales. Ces taches sont des zones du Soleil soumises à de forts champs magnétiques. Il s’y produit pratiquement un nouage des lignes de champ. Là où les lignes de champ sortent perpendiculairement de la surface, les courants de convection sont perturbés et empêchent l’afflux de plasma frais. (Bennett et.al., 2010)

Illustration 3 : Formation des taches solaires. (Bennett et.al., 2010)

Les éruptions solaires et les protubérances solaires sont considérées comme particulièrement importantes. Celles-ci se forment lorsque les lignes de champ magnétique des taches solaires se nouent de telle manière que d’énormes tensions s’accumulent. Ces tensions peuvent se relâcher brusquement et chauffer le plasma environnant jusqu’à 100 millions de kelvins. Cela entraîne non seulement l’émission de rayons X, mais aussi l’accélération de particules chargées jusqu’à une vitesse proche de celle de la lumière. Lorsqu’une telle tempête solaire frappe notre magnétosphère, celle-ci peut se déformer de manière extrême. En conséquence, des aurores boréales peuvent même être observées dans la région méditerranéenne. (Schlegel B. & Schlegel K., 2011)

Comme beaucoup de choses dans la nature, les taches solaires sont soumises à un certain cycle. C’est justement au maximum des taches solaires que l’on peut observer un nombre particulièrement élevé d’aurores boréales. Un tel cycle dure environ 11 ans. Les causes de ce cycle n’ont pas encore été entièrement étudiées. La raison est toutefois supposée être la combinaison de la rotation du soleil et des courants de convection. (Bennett et.al., 2010)

Figure 4 : Le cycle solaire indique la fréquence moyenne des taches solaires. (Bennett et.al., 2010)

Dans le prochain article, nous nous pencherons plus en détail sur le principe du leut, la formation proprement dite et les différentes formes d’aurores boréales. Le soleil comme déclencheur

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