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:: Les caprices du Soleil - les aurores

 

ERUPTIONS SOLAIRES – EJECTIONS DE MASSE CORONALE – VENT SOLAIRE –

MAGNETOSPHERE - AURORES POLAIRES

 

1.      Une éruption solaire ou protubérance est une explosion à la surface du Soleil (due à une variation brutale du champ magnétique) qui émet des particules gamma et X, protons et électrons très énergétiques.

Elles se produisent périodiquement à la surface de la photosphère et projette au travers de la chromosphère des jets de matière ionisée qui se perdent dans la couronne à des centaines de milliers de kilomètres d'altitude.

Quand ces particules atteignent la Terre peuvent, si elles sont puissantes, perturber toutes les installations électriques terrestres. (Pic de 1989 au Québec qui a plongé la Belle Province dans le noir pendant une journée !).

Les éruptions solaires sont classées en 3 catégories suivant la puissance de leur intensité rayons X (en W/m2):

C : commun (activité en n 10-6 W/m2)

M : modérée (ne cause que quelques perturbations radio) (activité en n 10-5 W/m2)

X : très énergétique (événement majeur : peut perturber un pays entier) (activité en n 10-4 W/m2)

 

Chaque catégorie possède "n" sous catégories (correspondant au n de l'intensité), donc la plus dangereuse est celle avec le plus grand "n".

Un événement C5.9 signifie type C de 5,9 10-6 W/m2

À titre d'information la perturbation de Mars 1989 au Québec était une X15!!!

 

2.      Les éjections de masse coronale (CME : Coronal Mass Ejection en anglais) sont d'énormes bulles de gaz chaud s'échappant du soleil à grande vitesse (max 1000 km/s), le processus n'est pas connu parfaitement.

3.      Le vent solaire

Le vent stellaire est un flux de plasma constitué essentiellement de protons et des électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère des étoiles. Le vent stellaire provenant de notre propre Soleil est appelé vent solaire.

Les caractéristiques de ces vents sont principalement dictées par les températures extrêmes de la couronne de quelques millions de degrés. Le mécanisme comme celui de la pression du gaz accélère le vent sur plusieurs centaines de kilomètres par seconde. La perte de masse observée pour le Soleil est d'environ 10–14 Masse solaire par an.

4.      Le magnétisme de la Terre. La magnétosphère

Comme nous pouvons le vérifier tous les jours à l’aide d’une boussole, la Terre est pourvue d’un champ magnétique. Celui-ci trouve probablement son origine dans les courants électriques qui circulent dans la partie liquide du noyau de fer de notre planète.

L’axe du champ magnétique n’est pas aligné sur l’axe de rotation, mais incliné d’environ 11 degrés. Ceci explique que le pôle nord magnétique se trouve au Canada, relativement loin du pôle nord géographique défini par l’axe de rotation.

L’action du champ magnétique donne naissance à une région de l’espace, appelée la magnétosphère, dans laquelle le mouvement des particules est dicté par le champ magnétique terrestre.

La forme de la magnétosphère est définie par l’interaction des particules du vent solaire avec notre champ magnétique et dépend donc de l’activité de notre étoile. Dans la direction du Soleil, la magnétosphère s’étend en moyenne jusqu’à 60 000 kilomètres, mais dans la direction opposée, elle s’étire en formant une queue qui peut s’étendre jusqu’à des millions de kilomètres.

Lorsque les particules du vent solaire atteignent notre planète, la plupart sont déviées par le champ magnétique et contournent la magnétosphère. Les quelques particules qui réussissent à pénétrer sont piégées et se mettent à tourner en spirale autour des lignes de champ et à voyager alternativement d’un pôle magnétique à l’autre.

Ce mouvement donne naissance à deux zones riches en particules, les ceintures de rayonnement de Van Allen, du nom de leur découvreur. Chacune de ces zones a la forme d’un anneau qui entoure la Terre. La première se trouve à environ 5000 kilomètres d’altitude et contient surtout des protons énergétiques. La seconde se trouve à 25 000 kilomètres et contient des électrons et des protons d’énergie moindre. Notons que les ceintures de Van Allen constituent la première grande découverte faite par les satellites artificiels.

5        Les aurores polaires

De temps à autre, en particulier après une éruption solaire (orage magnétique), une éjection de masse coronale, et un « sous-orage[1] », des électrons et des protons énergétiques réussissent à pénétrer dans la haute atmosphère au niveau des régions polaires. Elles ionisent alors les atomes et les molécules présentes et donnent lieu à un phénomène lumineux appelé aurore boréale ou australe selon le pôle en question.

Seulement 2% des particules du vent solaire pénètrent dans la magnétosphère par les pôles. Elles suivent un chemin complexe dans la ceinture de Van Allen et reviennent sur la Terre dans une couronne de 500 à 1000 km de diamètre autour des pôles magnétiques nord et sud (Mathieu Barthélémy – Ciel et Espace n° 593/ 2024).

En entrant dans l’atmosphère par ces couronnes les particules de vent solaire excitent en les percutant les atomes d’oxygène et d’azote. Les électrons de ces atomes sautent sur une couche électronique supérieure instable et ils retombent sur l’orbite initiale en émettant un rayonnement lumineux correspondant à l’énergie qui les avait excités.

Les astronomes professionnels et amateurs, les plus nombreux, attendent avec impatience les prochains mois en espérant pouvoir assister à de somptueuses aurores polaires annoncées entre mi 2024 et fin 2025.

En novembre 2023 on a pu observer des aurores boréales en Bretagne, en Angleterre et en Italie. 

Comme dit plus haut celles-ci sont liées à l’activité de notre Soleil, dont un pic, initialement prévu en juillet 2025, se produira probablement en 2024,

La faible luminosité des aurores fait qu’elles ne sont observables le plus souvent que de nuit.

La couleur étant liée à la longueur d’onde dépendra du type d’atome ou de molécule qui émettra le photon, mais également de l’altitude.

Les principales émissions dans le visible sont dues :             

 - Aux atomes d’azote (N2), qui à 100 Km d’altitude émettant une raie violette ou bleu très peu visible,

- Aux atomes d’oxygène (O), qui à 100 Km d’altitude émettant une raie de couleur jaune vert.

- Aux atomes d’oxygène (O), qui à plus de 250 Km d’altitude produisant une couleur rouge foncé.

- Aux atomes d’azote (N2), qui à plus de 250 Km d’altitude produisant une couleur rouge.

Pour conclure il faut préciser que ce phénomène n’est pas réservé à la Terre. Des aurores ont été vues sur Mercure, Mars, Jupiter, Saturne et même sur Vénus qui, pourtant, ne possède pas de champ magnétique, on soupçonne alors de violentes tempêtes solaires.

 

 

E.BIDOUX 01 juin 2024



 
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