Définition

Qu'est-ce qu'une aurore boréale ?

Une aurore boréale est un phénomène lumineux coloré que l’on retrouve dans le ciel autour du pôle magnétique Nord. Elle est due au choc entre des particules émises par le Soleil et l’atmosphère terrestre. La majorité des aurores boréales se produisent entre 80 et 300 kilomètres d’altitude. Au pôle magnétique Sud, on parle d’aurores australes. Plus généralement, on désigne ces aurores comme "polaires".

D’où viennent les couleurs qui brillent dans le ciel ?

Les vents solaires sont formés par un ensemble de particules issues du Soleil, chargées en énergie. En pénétrant dans l’atmosphère, ces particules entrent en collision avec des molécules de gaz, notamment de l’oxygène atomique, du diazote et du dioxygène. Ce choc excite les molécules ou provoque leur ionisation : elles se chargent alors positivement ou négativement par le gain ou la perte d’un électron. 

C’est suite à ce phénomène que le ciel terrestre se pare de splendides couleurs ! En effet, lors de leur désexcitation, ces molécules émettent de la lumière (des photons). La même chose se passe à petite échelle dans nos foyers : c’est ainsi qu’est produite la lumière dans les tubes fluorescents ou dans un vieil écran de télévision (tube cathodique).

Aurore australe vue de l'espace

Aurore australe vue de l'espace (2005)

© NASA Goddard

Pourquoi les aurores sont surtout vertes ? 

La couleur des aurores polaires est essentiellement liée à ce qui est excité par le choc des particules. Comme l’atmosphère terrestre contient beaucoup d’oxygène atomique au-dessus de 95 km d’altitude, la majorité des aurores seront rouges au-dessus de 200 km et vertes entre 150 et 100 km puisque ces couleurs sont dues à cet atome. C’est la collision avec l’azote ionisé, en dessous de 95 km, qui provoque parfois des couleurs rosées, bleues et violettes. 

Des ovales autour des pôles 

Puisque les particules solaires suivent la courbe du champ magnétique d’une planète, elles entrent en collision et forment des aurores polaires le long de couronnes centrées autour des pôles magnétiques. Vues de l’espace, ces aurores forment souvent des tracés circulaires, et ce sur plusieurs planètes du Système solaire ! Le télescope spatial Hubble a d’ailleurs pu capturer des aurores polaires sur d’autres planètes possédant des champs magnétiques : Saturne et Jupiter ont été le lieu d'ellipses lumineuses. 

Aurores polaires sur Saturne

Des aurores polaires sur Saturne prises en photo par le télescope Hubble (1998)

© NASA/JPL/STScl
Aurores polaires sur Jupiter

Des aurores polaires sur Jupiter prises en photo par le télescope Hubble (1998)

© JPL/NASA/STScl

Une question de pôle

On appelle l’aurore "boréale" car elle a lieu dans l’hémisphère Nord ! Si elle a lieu au pôle Sud, on dit que l’aurore est "australe". Pour parler du cas général d’aurore, on dit qu’elles sont "polaires".

Où et quand voir des aurores boréales ?

Par définition, les aurores boréales se voient mieux plus on est proche du pôle Nord, lors de nuits dégagées (sans nuages) et sombres (sans pleine lune), dans des zones sans pollution lumineuse. Ce phénomène magistral se produit toute l’année, mais s’observe bien mieux entre fin août et avril. Il faut en outre que la nuit soit profonde, ce qui fait de l’hiver la meilleure saison pour être témoins de ce spectacle.  

Des prévisions pour voir des aurores boréales 

Certaines agences nationales spécialisées dans la météorologie proposent des outils permettant de prédire où seront visibles des aurores dans les 30 prochaines minutes. C’est le cas de la N.O.A.A. Space Weather Prediction Center par exemple, du Meteorological Institute finlandais ou du Centre Opérationnel de Météorologie de l’Espace des Alpes, une initiative en cours de finalisation du CNRS et de l’Université Grenoble-Alpes. 

Aurore boréale

Aurore boréale en Laponie

© Dimitri - stock.adobe.com
Aurore boréale, 11 mai 2024 (Centre-Val de Loire)

Aurore boréale, 11 mai 2024 (Centre-Val de Loire)

© N. Biver

Où et quand voir des aurores australes ?

Pour être vues, les aurores australes ont également besoin d’une nuit dégagée et assez sombre. Les terres habitées les plus proches du pôle Sud seront privilégiées : Patagonie, Argentine, Chili ou encore Australie et Nouvelle-Zélande seront propices à l’observation.
Les aurores australes sont particulièrement visibles lors de la nuit polaire, c’est-à-dire du mois de mars jusqu’à septembre.

La symbolique des aurore boréales

Dans les pays de l'hémisphère Nord (Finlande, Norvège, région de la Laponie…), les aurores boréales sont porteuses d’une symbolique toute particulière. Reflet dans les armures de Valkyries, présages de dangers mortels, dernier souffle de soldats ayant péri au combat, renards de feu, signes d’esprits au paradis… Les significations sont nombreuses et varient selon les populations. 

Que sont les vents solaires ?

Eruption solaire

Eruption solaire (août 2012). Voir le filament en bas à gauche sur la photo.

© NASA/GSFC/SDO

De façon permanente, et plus encore lors d’éruptions solaires, notre astre projette à plusieurs millions de kilomètres un flux de particules chargées (protons et électrons) : ce sont les vents solaires. Chaque seconde, on estime à un million de tonnes la masse de particules rejetées dans l’espace, et ce à une vitesse pouvant aller jusqu’à 1 200 kilomètres par seconde.

Une fois arrivées face à une planète ayant une magnétosphère (un champ magnétique), les particules se retrouvent piégées et ne peuvent pénétrer cette barrière qu’aux pôles.

Une des premières observations de ces vents solaires est liée à l’étude des comètes : lorsqu’une comète passe le long du Soleil, l’orientation d’une de ses queues change, traduisant qu’un souffle l’a réorientée.

Des vents menant parfois aux tempêtes solaires 

Lorsque le Soleil émet des rafales de vents solaires, qui sont provoquées par des éruptions particulièrement puissantes à sa surface, des effets sont ressentis sur Terre. En effet, les signaux électromagnétiques peuvent être perturbés (comme ceux permettant de recevoir la radio ou la télévision), mais les lignes hautes tensions et autres postes électriques peuvent aussi être touchés.

Forme de la magnétosphère

La forme de la magnétosphère n’est pas symétrique : elle est plus "resserrée" sur la face terrestre exposée au Soleil, et plus étendue là où se trouve la nuit.

Premières observations des aurores polaires

Voilà des siècles que les humains sont témoins de aurores polaires. On trouve des traces de leur apparition dans des récits de philosophes antiques, notamment ceux d’Aristote dans ses Météorologiques qui évoque des "flammes" dans le ciel nocturne. Galilée est le premier à parler d’"aurore boréale" (en référence à Aurora, la déesse latine de l’aube et Borée le dieu du vent venu du Nord chez les Grecs). Une première description scientifique est publiée par Gassendi au XVIIe siècle tandis que de Mairan au XVIIIe siècle semble expliquer pour la première fois l’origine solaire de ce phénomène. Les scientifiques J. C. Wilcke et A. Celsius notent plus tard que les aurores sont accompagnées de perturbations du champ magnétique terrestre et B. Franklin découvre un lien certain avec la circulation atmosphérique (c’est-à-dire les vents solaires). Le XIXe siècle verra l’essor d’explorations dans les pays scandinaves et la multiplication des observations d’aurores. Il faudra attendre le développement des télescopes spatiaux comme Hubble pour pouvoir découvrir les aurores ayant lieu sur d’autres planètes.

Remerciements

Article rédigé en mai 2024. Remerciements à Brigitte Zanda, chercheuse au Muséum national d’Histoire naturelle (UMR 7590 - IMPMC) ainsi qu'à Jean Lilensten, astronome et planétologue au CNRS, pour leur relecture et leur contribution. 

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