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

Entre 500 et 100 kilomètres d’altitude, c’est à dire aux altitudes de vol de la navette spatiale ou des satellites en orbite basse, les particules précipitées vont heurter le mélange de gaz. Certaines collisions sont simplement élastiques, qui renvoient une partie du flux entrant vers l’autre hémisphère le long de la ligne locale du champ magnétique. D’autres collisions peuvent chauffer les électrons ambiants : sous l’effet de fortes précipitations, la température des électrons peut atteindre 9000 K à 300 km !

ovale auroral Photographie de l’ovale auroral le 23 novembre 1981, à 10.48 TU, par Dynamics Explorer.
A gauche de l’image, il s’agit de l’atmosphère excitée
et ionisée par le flux solaire ultraviolet

De plus, sous l’effet d’une collision, une molécule neutre peut, comme un personnage de dessin animé, se mettre à vibrer dans différentes directions, à tourner sur elle même. On dit qu’elle est dans un état excité. Elle revient à son état fondamental en émettant des ondes électromagnétiques, parfois dans le domaine visible : cela donne naissance au magnifique phénomène des aurores polaires.

gravure Cette gravure du 19ème siècle portait comme légende :
« la glace se soulevant sous une aurore boréale »

On ne peut les voir que pendant la nuit, car si l’ovale auroral existe en permanence, sa lumière est si ténue qu’elle est écrasée par celle du jour, et même par celle de la pleine lune. Comme elles se produisent au dessus de 80 km, il faut également un ciel clair pour les voir. Ces conditions sont réunies en particulier en hiver, par les grands froids secs, ce qui a fait associer à tort les aurores avec l’arrivée du froid. Ces froids font craquer les glaces polaires, ce qui est la source de nombreuses et terrifiantes légendes.
Souvent, le phénomène commence par des faisceaux de lumière blanche pâle qui semblent tomber vers la Terre. Le phénomène s’intensifie en une quinzaine de minutes ; il prend l’allure d’un voile qui oscillerait sous l’effet d’un hypothétique vent. En s’intensifiant, l’aurore se diapre de rouge en bas du voile, qui parfois frise le mauve. Plus en altitude, on distingue des franges de vert. Chaque couleur identifie parfaitement son émetteur (oxygène atomique ou moléculaire, azote etc. …). A chaque instant se crée une nouvelle composition dans un silencieux ballet. En période de forte activité solaire, les aurores peuvent succéder aux aurores, alternant les tableaux : diffuses, d’un vert dont les mouvements semblent imperceptibles, aurore rouge, grands arcs aux couleurs laiteuses homogènes, aurores rayées, dans lesquelles des stries verticales de couleurs alternent avec des zones d’ombre... Dans tous les cas, l’intensité lumineuse est si faible qu’on peut voir les étoiles les plus brillantes au travers. Leur longueur est très changeante, pouvant s’étaler jusqu’à la centaine de kilomètres : de même, leur largeur varie de quelques centaines de mètres (on parle alors d’arc auroral) à plusieurs dizaines de kilomètres ; enfin, leur durée varie de quelques minutes à quelques heures.
La dynamique des aurores est impressionnante, et impossible à rendre au seul moyen de photographies. Des tourbillons se créent en quelques dixièmes de secondes, se propagent sur des distances de plusieurs dizaines de kilomètres en l’espace de quelques secondes. Il existe une nomenclature des aurores, qui va jusqu’aux aurores noires, qui sont les zones du ciel entre deux arcs auroraux. Notons enfin que lors de forts évènements solaires, les aurores peuvent s’étendre vers l’équateur. C’est ainsi qu’on a pu en voir du nord de la France dans la nuit du 6 au 7 avril 2000, en période de quasi maximum d’activité solaire.

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