Une aurore polaire (également appelée aurore boréale dans l'hémisphère Nord et aurore australe dans l'hémisphère Sud) est un phénomène lumineux caractérisé par des sortes de voiles extrêmement colorés dans le ciel nocturne, le vert étant prédominant.

Provoquées par l'interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère, les aurores se produisent principalement dans les régions proches des pôles, dans une zone annulaire justement appelée « zone aurorale » (entre 65 et 75° de latitude). En cas d'activité magnétique intense, l'arc auroral s'étend et commence à envahir des zones beaucoup plus proches de l'équateur. L'aurore polaire est " descendue " jusqu'à Honolulu en septembre 1859 et jusqu'à Singapour en septembre 1909 atteignant ainsi le dixième degré de latitude sud.

Une masse de rayons et de voiles de lumières qui pendent tels des rideaux, en boucles et en guirlandes, retenus par des crochets invisibles.
Lors d'un sous orage polaire accompagnant un orage magnétique faisant suite à une éruption chromosphérique ou un sursaut solaire important, un afflux de particules chargées éjectées par le Soleil entre en collision avec le bouclier que constitue la magnétosphère. Des particules électrisées à haute énergie peuvent alors être captées et canalisées par les lignes du champ magnétique terrestre du côté nuit de la magnétosphère (la queue) et aboutir dans les cornets polaires. Ces particules, (électrons et parfois protons), excitent (changement de couche d'un électron) ou ionisent les atomes de la haute atmosphère (l'ionosphère). L'atome excité, ne peut rester dans cet état, un électron change alors de couche, libérant au passage un peu d'énergie, en émettant un photon. Comme la nature de ces ions (oxygène, hydrogène, azote, ...) dépend de l'altitude, ceci explique en partie les variations de teintes des nuages, draperies, rideaux, arcs, rayons... qui se déploient dans le ciel à des altitudes comprises entre 80 et 1 000 km. L'ionisation résultant de cet afflux de particules provoque la formation de nuages ionisés réfléchissant les ondes radio.

C'est en juillet 2008 qu'une explication cohérente de ce phénomène a été fournie par la NASA grâce à la mission américaine THEMIS. Les scientifiques ont en effet localisé la source de ces phénomènes dans des explosions d'énergie magnétique se produisant à un tiers de la distance Terre-Lune. Ils sont ainsi provoqués par des "reconnexions" entre les cordes magnétiques géantes reliant la Terre au Soleil qui stocke l'énergie des vents solaires.

L'étude spectrographique de la lumière émise montre la présence de l'oxygène (raie verte à 557 nm et doublet rouge à 630 et 636 nm) entre 120 et 180 km d'altitude, de l'azote et de ses composés et de l'hydrogène (656 nm) lors des aurores à protons. Aux plus basses latitudes, la couleur observée le plus fréquemment est le rouge (altitudes de 90 à 100 km).

Aurore « polaire » près de Belfort, France (novembre 2003)

Le spectacle est très changeant et peut débuter par la formation d'un arc (arc auroral) perpendiculaire au méridien magnétique du lieu, puis s'accompagner de rayons parfois animés d'une pulsation plus ou moins rapide (0,05 à 15 hertz) ou se déplacer plus ou moins rapidement. On observe parfois des lueurs ressemblant à un rideau ou une draperie agitée par la brise.

La luminosité peut beaucoup varier et le phénomène peut durer de quelques minutes à plusieurs heures. Il est très rare d'observer des aurores à des latitudes magnétiques inférieures à 50 degrés. Cela se produit seulement pendant la période d'activité solaire maximale du cycle de 11 ans, lors des éruptions solaires les plus importantes. La photo ci-contre a été prise à Belfort le 20 novembre 2003 à 19 h 15 lors d'une aurore exceptionnelle visible jusque dans le sud de l'Europe.

Histoire

Les aurores boréales ont été observées depuis toujours, et ont probablement beaucoup impressionné les anciens.

Pline l'Ancien par exemple écrit[1] : « On a vu pendant la nuit, sous le consulat de C. Caecilius et de Cn. Papirius (an de Rome 641), et d'autres fois encore, une lumière se répandre dans le ciel, de sorte qu'une espèce de jour remplaçait les ténèbres. »

Elles n'ont été étudiées scientifiquement qu'à partir du XVIIe siècle. En 1621, l'astronome français Pierre Gassendi décrit ce phénomène observé jusque dans le Sud de la France et lui donne le nom d'aurore boréale. Au XVIIIe siècle, l'astronome britannique Edmond Halley soupçonne le champ magnétique terrestre de jouer un rôle dans la formation des aurores boréales. Henry Cavendish, en 1768, parvient à évaluer l'altitude à laquelle se produit le phénomène mais il faudra attendre 1896 pour que celui-ci soit reproduit en laboratoire par Birkeland. Les travaux de Carl Stormer sur les mouvements des particules électrisées dans un champ magnétique facilita la compréhension du mécanisme de formation des aurores. À partir de 1957, l'exploration spatiale a permis non seulement une meilleure connaissance des aurores polaires terrestres, mais aussi l'observation de phénomènes auroraux sur les grosses planètes comme Jupiter ou Saturne. En 1975, le programme franco-russe ARAKS parvient à créer une aurore polaire artificielle.

Le nuage ionisé que constitue l'aurore polaire réfléchit les ondes électromagnétiques dans le domaine des très hautes fréquences (VHF et au-delà). Les radioamateurs utilisent ce phénomène pour réaliser des liaisons expérimentales à grande distance. Les ondes radio sont en fait diffusées plus que réfléchies ce qui produit une forte déformation de la modulation. La télégraphie morse est pratiquement le seul mode de transmission utilisable. Un effet néfaste de ce phénomène est la perturbation des communications sur ces fréquences.

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