Aurores expliquées : comment se forme une aurore boréale et pourquoi elle est verte
Les aurores boréales sont dues à l’énergie du vent solaire que le champ magnétique de la Terre canalise vers les régions polaires. Là, des électrons accélérés le long des lignes de champ percutent l’oxygène et l’azote de la haute atmosphère, en général entre 80 et 500 km d’altitude, et les atomes excités restituent l’énergie sous forme de lumière : verte et rouge pour l’oxygène, bleue et violette pour l’azote.
Si vous demandez comment se forme une aurore boréale, la réponse honnête met en scène trois acteurs : le Soleil, le champ magnétique terrestre et l’air ténu très haut au-dessus de vous. Ce guide suit l’énergie de l’un à l’autre, explique les couleurs avec de vraies longueurs d’onde, montre comment l’indice Kp indique jusqu’où s’éloigner du pôle pour les espérer et finit par une courte liste de ce qui aide à en voir vraiment une.
Idées essentielles
- Le Soleil émet un vent solaire constant, en général d’environ 400 km/s, et parfois des éruptions ; le champ magnétique terrestre détourne une partie de cette énergie vers les pôles.
- Ce qui brille, c’est l’air lui-même : des électrons heurtent des atomes et molécules d’oxygène et d’azote, qui rendent l’énergie sous forme de lumière, comme une enseigne au néon.
- L’oxygène donne le vert habituel (557,7 nanomètres, surtout entre 100 et 150 km) et une lueur rouge plus haut ; l’azote donne du bleu et du violet.
- L’aurore se tient dans deux ovales autour des pôles magnétiques ; l’indice Kp, de 0 à 9, dit leur extension, et lors de tempêtes extrêmes ils atteignent le sud de l’Europe et le sud des États-Unis.
- Ce n’est pas de la lumière solaire reflétée par la glace, et au sol elle est inoffensive, même si les mêmes tempêtes peuvent perturber satellites, radio et réseaux électriques.
La réponse courte : le vent du Soleil rencontre un aimant
Le Soleil souffle sans cesse un flux ténu de particules chargées, surtout des protons et des électrons, le vent solaire. Il s’écoule en général à environ 400 km/s et, dans les courants rapides, jusqu’à 800 km/s. Le Soleil est à environ 150 millions de km : à 400 km/s, le vent met donc 150 000 000 ÷ 400 = 375 000 secondes, un peu plus de 4 jours. Les grosses éruptions, les éjections de masse coronale, peuvent arriver en un à trois jours.
La Terre est un aimant, et son champ forme une bulle, la magnétosphère, qui dévie la plus grande partie du vent solaire autour de la planète. Une partie de son énergie entre malgré tout, et la magnétosphère accélère des électrons le long des lignes de champ vers les pôles. Comme le décrit la NOAA, ils percutent des atomes et molécules d’oxygène et d’azote, leur transfèrent de l’énergie, et ceux-ci s’illuminent en revenant à leur état normal.
L’aurore n’est donc pas de la lumière du Soleil renvoyée par la neige ou la glace. C’est une lueur de la haute atmosphère elle-même, comme celle d’un tube au néon quand le courant excite le gaz qu’il contient. C’est aussi pourquoi elle n’a pas besoin de lumière solaire là où vous êtes, seulement d’obscurité pour être vue.
Pourquoi l’aurore reste près des pôles : l’ovale et l’indice Kp
Les lignes de l’aimant terrestre plongent dans l’atmosphère près des deux pôles magnétiques : les électrons accélérés tombent donc dans un anneau autour de chaque pôle, l’ovale auroral. Le meilleur endroit pour l’observer est sous l’ovale, entre environ 60 et 75 degrés de latitude, où la NOAA indique que l’aurore peut se voir plus d’une nuit sur deux.
La taille de l’ovale dépend de la poussée du vent solaire. Les scientifiques la mesurent avec l’indice K planétaire, Kp, de 0 à 9. La NOAA donne une règle en latitude géomagnétique : à Kp 0, le bord de l’ovale côté équateur se situe vers 66 degrés et il se rapproche de l’équateur d’environ 2 degrés par pas de Kp, jusqu’à 48 degrés à Kp 9. L’échelle est approximative et les nombres sont des moyennes.
L’aurore australe se forme dans un ovale équivalent autour du pôle magnétique sud. Les deux apparaissent souvent à peu près en même temps et se ressemblent.
D’où viennent les couleurs
Chaque gaz brille de ses propres couleurs. Les atomes d’oxygène excités donnent le vert familier, d’une longueur d’onde de 557,7 nanomètres, surtout à des altitudes de 100 à 150 km. Plus haut, au-dessus d’environ 200 km, l’oxygène donne un rouge profond. La lueur rouge met environ deux minutes à s’émettre : elle n’apparaît donc que là où l’air est si ténu que les atomes se heurtent rarement avant.
L’azote donne de la lumière bleue et violette, et parfois une frange rose ou rouge au bord inférieur d’un rideau. Selon la NOAA, l’aurore se forme en général entre 80 et 500 km au-dessus de la surface, bien au-dessus des avions et de la météo et bien en dessous de la Station spatiale internationale, d’où les astronautes la voient d’en haut.
L’œil distingue mal les couleurs faibles dans le noir, et beaucoup d’aurores lui paraissent vert pâle ou grises. Un téléphone ou un appareil photo recueille la lumière pendant plusieurs secondes et montre souvent plus de couleur que vous n’en avez vu, dont du rose et du rouge.
Quand et comment la voir
Le nombre de taches solaires suit un cycle d’environ 11 ans, et une forte activité solaire rend les aurores intenses plus probables. Le cycle solaire 25 s’est approché de son maximum vers 2024. Les 10 et 11 mai 2024, une tempête extrême de niveau G5 sur l’échelle de la NOAA, le plus élevé, a été la plus forte depuis plus de vingt ans, et l’on a vu des aurores dans des lieux qui n’en voient presque jamais, dont le sud de l’Europe, la Floride et le Mexique. En 1859, la tempête de Carrington a rendu l’aurore visible jusqu’aux Caraïbes.
Le conseil de la NOAA tient en quatre points : l’activité géomagnétique (consultez la prévision de Kp), le lieu (allez vers le pôle magnétique et trouvez une vue dégagée vers le nord, ou vers le sud dans l’hémisphère sud), l’obscurité (loin des lumières de la ville et de la Lune, et pas en plein soleil de minuit) et un ciel clair. Ensuite, de la patience, car un spectacle peut changer en quelques minutes.
Au sol, l’aurore est inoffensive pour les personnes. Le risque concerne la technologie : une tempête comme celle de 1859 pourrait aujourd’hui endommager satellites et réseaux électriques, et c’est pourquoi la NOAA surveille le Soleil en permanence.
Comment le VJOURNAL SMART BOOK le montre
Le chapitre « L’aurore polaire » du SMART BOOK gratuit « Tout sur tout », tome II, sur VITON13 SCHOOL suit l’énergie en cinq courts moments. À côté du texte, une image 3D vivante se tourne au doigt ou à la souris : des particules s’échappent du Soleil en minces filets.
Sous l’image se trouve un bac à sable où vous faites glisser l’indice Kp et voyez changer l’ovale auroral. Le chapitre raconte aussi la tempête de 1859 et celle de mai 2024, montre des aurores sur Jupiter et d’autres planètes, puis propose un quiz de trois questions avec explications et des sources à ouvrir.
En mots simples
Imaginez le Soleil soufflant un vent doux et constant, et la Terre comme un aimant qui en détourne une partie vers les pôles. Les particules détournées heurtent l’air ténu de là-haut et le font briller, comme l’électricité fait briller le gaz d’une enseigne au néon.
À vous de jouer
Utilisez la règle de la NOAA pour le bord de l’ovale auroral en latitude géomagnétique : 66° moins 2° par pas de Kp. Calculez le bord pour Kp 0, 3, 5, 7 et 9.
Résultat attendu
Vous obtenez 66°, 60°, 56°, 52° et 48°. Plus le Kp est élevé, plus l’ovale s’éloigne du pôle, et à Kp 9 il atteint les latitudes du sud de l’Europe et du sud des États-Unis.
Vérifiez votre réponse: Une ville est à 54° de latitude géomagnétique. D’après cette règle, quel Kp place le bord de l’ovale au-dessus d’elle ?
(66 − 54) ÷ 2 = 6, donc environ Kp 6. La règle est approximative : un ciel clair et sombre et une bonne vue vers le nord comptent toujours.
Questions et réponses
Les aurores boréales et australes, est-ce la même chose ?
Oui. L’aurore boréale est celle du nord, l’aurore australe celle du sud. Elles se forment de la même façon autour des deux pôles magnétiques et apparaissent souvent à peu près en même temps.
Pourquoi les aurores boréales sont-elles vertes ?
Les atomes d’oxygène excités émettent une lumière verte de 557,7 nanomètres, surtout entre 100 et 150 km, et notre œil est le plus sensible au vert. L’oxygène plus haut donne du rouge et l’azote du bleu et du violet.
Que signifie l’indice Kp pour voir l’aurore ?
Le Kp va de 0 à 9 et mesure l’activité géomagnétique. Un Kp plus élevé signifie une aurore plus brillante qui s’étend plus loin des pôles, et l’échelle des tempêtes de la NOAA utilise Kp 9 pour une tempête extrême G5.
Peut-on voir des aurores loin de l’Arctique ?
Seulement lors de fortes tempêtes. Pendant la tempête extrême de mai 2024, des aurores ont été signalées dans le sud de l’Europe, en Floride, au Mexique et, dans l’hémisphère sud, en Australie et en Nouvelle-Zélande.
Les aurores boréales sont-elles dangereuses ?
Pas pour les personnes au sol. De fortes tempêtes géomagnétiques peuvent perturber satellites, radio et réseaux électriques, et des organismes comme la NOAA surveillent le Soleil pour cette raison.
L’aurore est-elle de la lumière solaire reflétée par la glace polaire ?
Non. C’est de la lumière émise par l’oxygène et l’azote de la haute atmosphère quand des électrons les excitent, et elle n’a pas besoin de lumière solaire là où vous êtes.
Retenez la chaîne : vent solaire, champ magnétique terrestre, électrons qui frappent l’oxygène et l’azote, puis lumière, l’indice Kp disant jusqu’où regarder depuis le pôle. Ouvrez ensuite le chapitre et faites glisser vous-même le Kp pour voir l’ovale grandir.
Sources et lectures
- NOAA Space Weather Prediction Center: Aurora ↗Sources consultées:
- NOAA Space Weather Prediction Center: Tips on viewing the aurora (Kp and the auroral oval) ↗Sources consultées:
- NOAA Space Weather Prediction Center: Solar wind ↗Sources consultées:
- NOAA Space Weather Prediction Center: Planetary K-index ↗Sources consultées:
- NOAA Space Weather Scales (G1 to G5 geomagnetic storms) ↗Sources consultées: