Les aurores : ces incroyables spectacles lumineux

As-tu déjà levé les yeux vers le ciel pendant la nuit et vu un voile de lumières scintillantes? Si c’est le cas, tu as de la chance! Les aurores ne sont visibles qu’à certains moments et à certains endroits de la Terre.

À quoi ressemblent les aurores?

L’atmosphère terrestre contient différents types de gaz. Ces gaz peuvent émettre de la lumière lorsqu’ils entrent en collision avec des particules de haute énergie provenant du Soleil. La couleur de la lumière dépend du type de gaz. Elle dépend aussi de l’altitude à laquelle les collisions se produisent.

Le vert est l’une des couleurs les plus courantes des aurores. Cette couleur se produit lorsque des particules entrent en collision avec des molécules d’oxygène entre 100 et 300 kilomètres (km) au-dessus de la Terre. Les couleurs rose et rouge foncé se produisent lorsque les particules entrent en collision avec des molécules d’azote à environ 100 km. Enfin, le bleu et le violet sont causés par l’hydrogène et l’hélium. Ces couleurs peuvent être difficiles à voir dans un ciel nocturne sombre.

Le savais-tu?

Les aurores peuvent être vues depuis l’espace. Les astronautes peuvent les voir de très près! Constate-le par toi-même en visionnant cette vidéo ( En anglais) prise depuis la Station spatiale internationale.

Où peux-tu voir des aurores?

Les aurores sont généralement observées près des pôles de la Terre. Nous appelons les aurores près du pôle Nord des aurores boréales. Nous appelons les aurores près du pôle Sud des aurores australes.

Les aurores boréales peuvent être observées dans les parties septentrionales de l’hémisphère nord de la Terre. Cette zone comprend des parties du Canada, de l’Alaska, de la Russie, de la Norvège, de la Finlande, de la Suède, de l’Islande et du Groenland.

Les aurores apparaissent le plus souvent entre le 60e et le 75e degré de latitude nord. Au Canada, cela comprend les collectivités du Yukon, des Territoires du Nord-Ouest et du Nunavut. Parfois, on peut voir les aurores plus au sud, aux alentours du 50e degré. Les collectivités proches de cette latitude comprennent Calgary, Regina, Winnipeg et Happy Valley-Goose Bay.

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Voici un schéma en couleur de la Terre avec un large ovale d’un vert éclatant.

Le titre, « Prévisions d’aurores pour ce soir », est inscrit en lettres jaunes en haut à gauche, à côté du nom et du logo du centre de prévision météorologique spatiale de la NOAA. Le texte en plus petit en-dessous se lit comme suit : « Prévision Kp : 3 (échelle 0-9), Prévision indice G : 0 (échelle 0-5). » Une légende dessous montre un spectre qui correspond à la « Probabilité d’aurore ». Les couleurs vont du noir à gauche, au rouge à droite, en passant par le vert, le jaune et l’orange.

Le globe est représenté montrant l’hémisphère nord et l’Amérique du Nord. Une épaisse et large traînée d’un vert éclatant fait le tour du pôle Nord, traverse l’Alaska, la majeure partie du Canada, le sud de l’Islande et le nord du Groenland.

Dans le coin inférieur droit, une ligne de texte indique : « Date de création : 2023-10-26, 17 h 55 min 14 s ».

Les aurores australes ne sont visibles qu’à certains endroits sur Terre, et certains d’entre eux sont assez éloignés. C’est peut-être la raison pour laquelle les aurores australes sont moins connues. On peut les voir depuis les parties les plus méridionales de l’Australie et de l’Argentine, ainsi que de la Nouvelle-Zélande, de l’île de Géorgie du Sud et de l’Antarctique!

Le savais-tu?

Les historiens et historiennes estiment que c’est à Honolulu, à Hawaï, que l’on a vu l’aurore boréale la plus au sud. C’est à seulement 21 degrés de latitude nord de l’équateur! Cette aurore a été observée lors de la grande tempête solaire de 1859. Les aurores australes ont pu être observées jusqu’à Singapour, à huit degrés de latitude sud de l’équateur.

Quand sont-elles visibles?

Voilà une question importante! Parfois, les personnes qui ne vivent pas à proximité d’endroits où se produisent des aurores parcourent de longues distances pour en observer. Il y a toute une industrie touristique consacrée à l’observation des aurores!

Plus tu te diriges vers le nord, plus le nombre de jours où les aurores boréales sont visibles chaque année augmente. Il en va de même pour les aurores australes. Ainsi, si tu vis au Nunavut, tu pourras les voir entre octobre et avril de chaque année. Si tu as la chance d’aller en Antarctique, tu pourras les voir entre mars et septembre, c’est-à-dire pendant l’hiver antarctique.

Comment les aurores se produisent-elles?

Comme les aimants, la Terre génère un champ magnétique. Le champ s’étend du noyau de la Terre jusqu’à l’espace et vice-versa. Le champ magnétique commence dans la partie sud de la planète et se termine dans la partie nord.

La trajectoire du champ est souvent représentée dans des illustrations, comme celle de droite, par des lignes de champ magnétique. Ces lignes forment une bulle autour du globe avec des alvéoles profondes aux pôles nord et sud.

Les scientifiques donnent à la région influencée par le champ magnétique autour de la Terre le nom de magnétosphère.

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Voici un schéma en couleur de la Terre entourée d’une bulle correspondant à la magnétosphère.

Le titre « Champ magnétique terrestre » figure en haut de l’image. En dessous, la Terre se trouve au milieu de l’illustration. En son centre, il y a l’illustration d’un aimant rectangulaire, moitié bleu et moitié rouge. Une ligne droite pointillée part de chaque extrémité et traverse le haut et le bas du globe. Les points où la ligne sort de la surface de la Terre sont étiquetés « pôle nord magnétique » et « pôle sud magnétique ».

D’autres lignes pointillées avec de petites flèches s’étendent en éventail depuis le bas de l’aimant, autour de l’hémisphère sud et loin dans l’espace. Ces lignes s’incurvent ensuite vers l’hémisphère nord et se rencontrent au sommet de l’aimant. Ces lignes sont étiquetées « Ligne de champ magnétique ». La zone située à l’intérieur des lignes est étiquetée « Magnétosphère ».

Au centre du globe se trouve une fine ligne jaune inclinée par rapport à l’aimant. Il s’agit de l’« Axe de la Terre ». Les flèches bleues incurvées en haut et en bas indiquent que la Terre tourne autour de cet axe. Les points où cet axe sort de la surface de la Terre, dans l’hémisphère nord et dans l’hémisphère sud, sont étiquetés « pôle nord géographique » et « pôle sud géographique ».

Au-delà, l’espace est représenté en bleu foncé. La Lune, représentée en gris foncé, se trouve dans le coin inférieur gauche.

La forme de la magnétosphère oriente les particules solaires vers les pôles. Ici, elles forment des ovales auroraux. Il s’agit de bandes d’activité aurorale. Mais les ovales auroraux n’ont pas toujours la même forme ni la même taille. Pourquoi?

Les particules solaires voyagent jusqu’à la Terre par le vent solaire. Ces vents exercent une pression sur la magnétosphère du côté de la Terre qui fait face au Soleil. Cela forme une queue de la magnétosphère du côté de la Terre où il fait nuit. Plus le vent solaire est fort, plus l’ovale d’une aurore s’étire.

Le savais-tu?

Les vents solaires font que les particules frappent la haute atmosphère terrestre à plus de 72 millions de kilomètres par heure.

Parfois, les vents solaires peuvent être si forts qu’ils étirent les lignes du champ magnétique et les ramènent de l’autre côté du globe. Comme la rupture d’un élastique, cela envoie beaucoup d’énergie aux pôles de la Terre. Ce phénomène, appelé reconnexion magnétique, crée des aurores spectaculaires! Les tempêtes solaires peuvent aussi provoquer une augmentation du nombre d’aurores.

Les vents et les tempêtes solaires provoquent des aurores en déclenchant des tempêtes et des sous-orages géomagnétiques (en anglais) dans la magnétosphère terrestre. Les scientifiques peuvent prédire ces tempêtes comme ils et elles prédisent la météo sur Terre. Ils et elles mesurent les perturbations de la magnétosphère à l’aide d’une échelle appelée l’indice K planétaire (en anglais), ou Kp. L’échelle Kp va de 0 à 9. Une prévision inférieure à 5 Kp signifie que les aurores ne sont pas très probables. Mais une prévision de 8 ou 9 Kp pourrait signifier qu’un incroyable spectacle lumineux est en voie de se produire.

Incredible KP9 Aurora Borealis Capture (2021) par Sony FX3 (0 min 29 s) (en anglais)

Les aurores produisent-elles un son?

En langue Sámi, l’un des noms des aurores boréales se traduit par « la lumière que l’on peut entendre ». La langue Sámi est parlée dans les communautés autochtones des régions septentrionales de la Finlande, de la Suède, de la Norvège et de la Russie.

Dans les années 1930, des habitants et habitantes du nord de l’Écosse ont écrit à un journal local pour signaler que les aurores produisaient un son semblable à de la soie rouillée. De nombreuses autres personnes et communautés ont rapporté qu’une aurore fait des bruits de grésillement ou d’éclatement.

Les scientifiques ont longtemps été sceptiques face à ces témoignages. Comme les aurores se produisent très loin au-dessus de la Terre, les personnes au sol ne devraient pas pouvoir les entendre. Mais récemment, des scientifiques ont enregistré des sons lors de fortes aurores boréales à l'est de la Finlande. Ils et elles travaillent toujours à l'enregistrement et à la compréhension des sons auroraux, mais ils et elles pensent que les sons sont causés par des changements dans l’électricité statique de notre atmosphère. Ces changements sont causés par les perturbations de la magnétosphère terrestre pendant les aurores. Écoute l'un des premiers enregistrements de sons auroraux ci-dessous.

(Fichier audio avec l'aimable autorisation d'Unto K. Laine (professeur émérite), Université d'Aalto)

Les aurores : Une source de fascination

Les humains sont fascinés par les aurores depuis que nous sommes capables de les voir. Il n’est donc pas surprenant que les gens du monde entier partagent de l’information à leur sujet depuis longtemps, de différentes manières.

L’un des premiers récits écrits sur les aurores a été rédigé par des astronomes assyriens vers 679-655 avant Jésus-Christ. Mais ce n’est qu’en 1619 que ces lumières ont reçu le nom d’aurores boréales. L’astronome italien Galileo Galilei les a nommés d’après Aurora, déesse de l’aube, et Borée, dieu du vent du nord dans la mythologie gréco-romaine. Voici quelques-unes des façons dont les peuples autochtones du Canada ont connu et découvert les aurores boréales. Le scientifique norvégien Kristian Birkeland (en anglais) a été le premier à théoriser que les aurores étaient causées par des tempêtes solaires.

Les scientifiques ne savent pas encore tout sur les aurores, bien qu’ils et elles aient étudié le champ magnétique terrestre et les vents solaires. Ils et elles ne savent toujours pas exactement où se produisent les réactions colorées. On a pensé qu’à l’aide de satellites, il serait possible de le savoir.

En 2007, la NASA a lancé cinq petits satellites dans le cadre de la mission THEMIS. Chaque satellite transporte un ensemble de détecteurs électriques, magnétiques et de particules. Tous les quatre jours, ils se sont alignés le long de la queue de la magnétosphère de la Terre et ont suivi les perturbations de la magnétosphère. Les scientifiques ont comparé ces informations à des millions de photographies prises au même moment par des observatoires au sol. Certains des satellites sont toujours là-haut, recueillant davantage de données.

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Voici une illustration en couleur des cinq satellites de la mission THEMIS.

La surface de la Terre forme un horizon diagonal du coin inférieur gauche au coin supérieur droit de l’image. La couverture nuageuse est visible sur la majeure partie de cette zone. Au-delà, l’espace est représenté en noir.

Le plus gros satellite se trouve à droite. En son centre, on retrouve un cylindre de couleur argentée avec des sections de différentes largeurs et un cône à l’une des extrémités. Quatre formes métalliques qui ressemblent à des roues de wagon sont liées autour de ses côtés. Trois boîtes noires et dorées, en forme de diamant, y sont attachées. On en retrouve deux en bas et une en haut. Les autres satellites ne sont constitués que des boîtes noire et dorée.

Les aurores sont assurément un incroyable spectacle lumineux!