©Planeterrella Un simulateur d’aurores polaires
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L’ionosphère aurorale

En ce qui concerne les aurores, la Terre a une seconde caractéristique importante : c’est une planète magnétisée. En l’absence de vent solaire, la forme du bouclier magnétique de la Terre serait à peu près celle d’un dipôle, s’étendant dans n’importe quelle direction vers l’infini. L’interaction du bouclier géomagnétique et du vent solaire peut être comparée à celle d’un vent supersonique (Mach 8) sur une voiture : une onde de choc se forme à l’avant (à 15 rayons terrestres environ) et force les particules du vent solaire à épouser la forme du champ géomagnétique. Pratiquement aucune particule ne peut traverser la frontière sur laquelle la pression du champ magnétique compense celle du vent solaire. Cette frontière s’appelle la magnétopause et se situe typiquement à 10 rayons terrestres côté jour, valeur qui peut descendre jusqu’à 7 après de fortes éruptions solaires. L’intérieur de cette cavité, relativement protégée du vent solaire, s’appelle la magnétosphère. Elle est comprimée vers la Terre côté jour, et s’étend en une longue queue étirée par le vent solaire côté nuit, ce qui lui donne un peu la forme d’un suppositoire.

Forme de la magnetosphere terrestre Illustration montrant la forme de la magnétosphère.
En amont, le vent solaire heurte le champ magnétique terrestre
ce qui crée une onde de choc.
Les électrons et les protons du vent solaire,
sous l’effet du champ géomagnétique, subissent une séparation,
les uns s’écoulant côté matin, les autres côté soir.

Cependant, la magnétopause est une frontière poreuse. En la longeant, une partie des particules du vent solaire parvient à dériver et à pénétrer dans la cavité magnétosphérique. D’autres se rejoignent côté nuit à une distance d’environ 30 rayons terrestres, dans la zone dite de reconnexion. Sous l’effet des collisions, une partie de ces particules s’en va dans l’espace, alors que l’autre partie est ramenée vers la Terre. Le champ géomagnétique a claqué la porte au nez du vent solaire, mais ce dernier est tout de même revenu en passant par la fenêtre !

De façon extrêmement simplifiée, côté jour, le vent solaire, en approchant de la Terre, « voit » le champ géomagnétique qui, selon les lois d’Ampère, crée une séparation de charges. Davantage d’ions dérivent le long de la magnétopause côté ouest, et davantage d’électrons côté est, générant un champ électrique qui traverse toute la magnétosphère côté nuit.
Sous l’effet conjugué de ce champ électrique et du champ géomagnétique, les particules qui se retrouvent dans la magnétosphère subissent une forte accélération. La vitesse des électrons augmente jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par seconde ! Pourtant, plus elles s’approchent de notre planète, plus l’intensité du champ géomagnétique est élevée. A quelques rayons terrestres (de 5 à 10), il devient si intense que les électrons et les ions ne peuvent continuer : ils sont contraints de tournoyer autour de la Terre dans un gigantesque anneau de courant appelé la ceinture de radiation de Van Allen. Au cours de ce tournoiement, tôt ou tard, ces particules subissent des collisions qui les font dévier vers le nord ou le sud indifféremment. Elles suivent alors le champ magnétique local pour être précipitées vers l’atmosphère.

En 3 dimensions spatiales, il vaut mieux représenter le champ géomagnétique par des coquilles que par des lignes : les particules ne remplissent pas la zone comprise entre deux lignes du champ magnétique, mais plutôt le volume entre deux coquilles du champ magnétique. Les pieds de ce volume où passe la ceinture de radiation tracent sur la Terre deux ovales appelés ovale auroraux, typiquement situé entre 65° et 75° latitudes nord et sud. Ces deux ovales existent en permanence, car le vent solaire souffle de façon continue.

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)