D’où viennent les Aurores Boréales ?

Bien avant que nous ne comprenions les Aurores Boréales, nos ancêtres avaient imaginé des histoires mettant en scène des dieux et des monstres qui, selon eux, expliquaient la survenue des aurores et enseignaient à leur peuple de respecter, craindre ou vénérer ces lumières célestes. Ces histoires ont évolué pour donner naissance à des mythes et légendes.

Aujourd’hui, nous savons pourquoi surviennent ces Aurores Boréales (et Australes), mais leur aura conserve tout son mystère, même lorsque vous maîtrisez le sujet, comme nous l’avoue l’astronaute et accro autoproclamé aux aurores, Tom Kerss. Malgré son diplôme en astrophysique et sa connaissance profonde de ce phénomène scientifique, il décrit les Aurores Boréales comme « la magie à l’état pur qui apparaît sous vos yeux ».

Dr Sadie Jones, sa collègue astronome, partage le ressenti de Tom. « Lorsque l’aurore envahit le ciel, j’ai cette sensation de remettre ma vie en perspective à l’échelle de l’univers. Cela vous porte à réfléchir : vous faites partie de tout ça, vous faites partie de cet univers démesuré. »

« C’est une question dont je ne me lasserai jamais, car je veux que les gens comprennent à quel point ce phénomène est extraordinaire ! », s’enthousiasme le Dr John Mason MBE, expert en la matière.

Fort de ses 15 ans à bord des navires Hurtigruten, il explique : « L’aurore boréale survient lorsque des particules chargées en électricité sont libérées par le soleil et parcourent 150 millions de kilomètres dans l’espace pour rejoindre la Terre. »

« Si vous regardez une photo du soleil lors d’une éclipse solaire totale, vous verrez le disque sombre de la lune au milieu, qui bloque le soleil, et sur le pourtour, les rayonnements de l’atmosphère externe du soleil, la couronne, qui s’échappent dans l’espace. Ces rayonnements se nourrissent de ce qu’on appelle le vent solaire, un flux régulier de particules de gaz et d’électricité qui sont constamment éjectés du soleil. »

Ces particules chargées voyagent dans l’espace à une vitesse variable et, au bout de quelques jours, certaines rencontrent le champ magnétique de la Terre, appelé magnétosphère. Elles sont alors canalisées vers les pôles magnétiques nord et sud, dans les régions connues sous le nom d’ovales auroraux.

La collision entre ces particules voyageuses et les atomes et molécules d’oxygène et de nitrogène de la haute atmosphère terrestre excite ces dernières et produit la lumière de l’aurore.

Aucun détail de ce phénomène n’échappe à Darren Baskill, conférencier en physique et astronomie à l’université du Sussex. Sa fascination pour ce spectacle ne faiblit pas : « Ce n’est qu’au cours des 100 dernières années que nous avons commencé à vraiment comprendre les aurores boréales. Je trouve ça formidable de saisir exactement ce qui se passe alors que j’observe ces minuscules particules entrer en collision avec la haute atmosphère terrestre, puis suivre les lignes des champs magnétiques, normalement invisibles à l’œil nu. »

Les Aurores Boréales dansent toute l’année dans le ciel arctique, mais la meilleure période pour les observer en Norvège s’étend de septembre à mars, lorsqu’il fait assez sombre la nuit pour les voir. Elles se manifestent aussi parfois au début du printemps.

Pendant cette période, le meilleur moment de la journée pour observer une Aurore Boréale se situe entre 17h et 2h du matin. Les Aurores Boréales ne durent parfois que quelques minutes et disparaissent pour réapparaître plusieurs minutes ou plusieurs heures plus tard. D’autres peuvent durer 15 à 30 minutes. Si la chance vous sourit vraiment, vous pourriez assister à une manifestation de deux heures voire plus.

La probabilité d’observer des aurores très lumineuses est plus élevée au moment des équinoxes de fin septembre et de fin mars, ce que l’on appelle l’effet équinoxial. Bien que les raisons exactes restent encore une sujet d'études, ce phénomène s’explique en partie par l’effet Russell-McPherron, qui est un alignement favorable des champs magnétiques de la Terre et du vent solaire, rendant les tempêtes géomagnétiques plus susceptibles de se développer.

L’intensité et la fréquence des Aurores Boréales dépendent également de l’activité solaire. Le Dr Mason affirme : « Les manifestations les plus spectaculaires surviennent lorsque le nombre de particules chargées électriquement et la vitesse du vent solaire sont renforcés par une forme d’éruption solaire. »

Selon le cycle solaire, le prochain maximum solaire, qui augmente vos chances d’observer des Aurores Boréales et de profiter des spectacles les plus impressionnants est prévu la saison prochaine, en 2024-2025. Il faudra ensuite patienter 11 à 15 ans avant le prochain maximum solaire.

Darren Baskill prédit que le maximum solaire produira une « augmentation considérable » des Aurores Boréales. « Nous approchons actuellement du maximum, je m’attends donc à des niveaux élevés et à observer des Aurores Boréales tous les deux ou trois jours plus ou moins. Alors qu’il y a cinq ans, il fallait parfois attendre des semaines avant de voir quelque chose. »

Selon Dr Mason, on dénombre plusieurs formes aurorales. « Lorsqu’une aurore apparaît, elle peut sembler grise ou grisâtre avec une nuance de vert, mais elle formera généralement un arc ou une arche de lumière verdâtre dans le ciel nordique, parfois accompagné de rayons ressemblant aux faisceaux d’un projecteur, qui se prolongent vers le haut à partir de l’arc. »

À partir de l’arc, en quelques minutes ou parfois des heures, le phénomène peut alors prendre toute une variété de formes, notamment le ruban ou la bande aurorale, qui serpente dans le ciel arctique et peut changer et se déformer assez rapidement. « Vous pouvez aussi observer un rideau ou un drapé de rayons auroraux, qui se déploie dans le ciel », explique Dr Mason. « Cela peut ressembler à un rideau délicatement agité par la brise. »

« Parfois, les rayons s’étirent très haut dans le ciel arctique, pour se rejoindre plus haut. Dans ce cas, vous avez la chance de voir l’une des plus spectaculaires de toutes les formes aurorales : la couronne. Cela peut ressembler à un feu d’artifice qui explose en pénétrant dans le ciel au-dessus de vos têtes."

Le Dr Mason explique que toutes les activités boréales sont provoquées par des particules chargées électriquement qui pénètrent dans l’atmosphère à très haute vitesse, entrant en collision avec les particules d’air présentes à haute altitude au-dessus de la Terre. Lorsque les différentes particules d’air excitées retournent à leur état normal, elles libèrent l’excès d’énergie sous forme de lumière de différentes couleurs.

L’air que nous respirons contient deux gaz principaux : l’oxygène, qui représente environ un cinquième du total, et le nitrogène, présent à hauteur de quatre cinquièmes environ. Les couleurs vertes et rouge rosé sont provoquées par l’excitation des atomes d’oxygène. Le vert provient des atomes d’oxygène qui se trouvent entre 100 et 150 kilomètres au-dessus de la Terre et le rouge, de ceux qui se trouvent entre 150 et 350 kilomètres au-dessus de la Terre.

L’autre gaz principal de l’atmosphère est le nitrogène, mais c’est un gaz difficile à exciter. Le Dr Mason explique : « Vous devez soit heurter les particules très violemment ou bien les baigner de rayons ultraviolets, ce qui contribue à les exciter. Le fond violet ou la couleur mauve sont dus à l’excitation des atomes de nitrogène, typiquement entre 250 et 400 kilomètres au-dessus de la Terre. »

« Les atomes de nitrogène excités sont aussi à l’origine de la plus belle des couleurs aurorales : le somptueux rose lilas qui n’apparaît que lors des manifestations les plus actives, lorsque les particules pénètrent à basse altitude entre 95 et 100 kilomètres au-dessus de la Terre. Les atomes de nitrogène excités peuvent également produire une nuance turquoise ou bleu foncé. »

À nos yeux, les nuances des couleurs des aurores peuvent paraître très subtiles. Nous sommes particulièrement sensibles au vert, qui est la couleur la plus courante des manifestations aurorales, mais nous pouvons contempler des teintes de rose, rouge, magenta, et même de bleu dans des cas plus rares. Selon le Dr Mason, le meilleur moment pour bien voir les couleurs des aurores à l’œil nu est le crépuscule.

« La raison à cela, c’est que la luminosité du ciel en arrière-plan déclenchera les capteurs lumineux présents dans vos yeux. Ainsi, lorsque les aurores apparaîtront, vous pourrez voir leurs couleurs. Lorsque le ciel est très sombre, vous remarquerez peut-être que vous discernez les couleurs moins bien qu’avant. En revanche, le spectacle devient plus lumineux. Tout dépend de la manière dont vos yeux perçoivent ces lumières dans l’obscurité. »

Les caméras sont, quant à elles, à l’abri de ce biais, ce qui leur permet de nous montrer toute la splendeur multicolore des Aurores Boréales. Pour apprendre comment capturer au mieux ces couleurs en photo, voir nos conseils pour photographier les Aurores Boréales.

Dr Sadie Jones, astronaute et attachée d’enseignement senior à l’Université de Southampton, s’implique activement dans un projet dénommé Aurora Zoo. L’un de ses objectifs est de comprendre ce qu’il advient de l’énergie libérée dans la haute atmosphère lors de la survenue d’une Aurore Boréale et de son effet sur les satellites artificiels et la météo sur Terre.

« La plupart des agences météorologiques se concentrent sur la météo jusqu’à 100 kilomètres d’altitude dans l’atmosphère », explique Dr Jones. « Elles ne s’étaient jamais souciées de ce qui se passait au-delà de 100 kilomètres, car elles considèrent qu’il s’agit de l’espace. »

« L’Aurore Boréale a lieu à une distance comprise entre 100 et 300 kilomètres de la Terre et ces nouvelles recherches d’Aurora Zoo s’intéressent aux mouvements de l’aurore dans la haute atmosphère, ce qui nous offre davantage de données sur ce qu’il s’y passe. »

« Nous savons à présent que l’aurore, même si elle a lieu beaucoup plus haut, a bien un effet sur la température et la modélisation météorologique qui adviennent plus bas. Les agences météorologiques sont en train de se rendre compte qu’elles devraient peut-être regarder un peu plus haut qu’elles ne le faisaient auparavant. »

Le projet Aurora Zoo examine également le mouvement et la forme de l’Aurore Boréale. Tout le monde peut participer à ces nouvelles recherches passionnantes en aidant les scientifiques à analyser leurs masses de données. Ce faisant, vous révèlerez les détails méconnus de ce phénomène fascinant qui illumine le ciel nocturne.

Les manières dont nos connaissances sur les Aurores Boréales font avancer la recherche scientifique dans d’autres domaines, tels que le climat et la modélisation météorologique, et même d’autres univers, sont tout aussi fascinantes que la science qu’elles recèlent.

« Le domaine de la science aurorale qui me passionne particulièrement en ce moment, parce qu’il en est à ses prémisses, c’est le fait de nous saisir de nos connaissances sur les aurores par rapport à la Terre et d’utiliser l’ingénierie inverse pour explorer d’autres mondes », déclare Tom Kerss. « Ganymède, l’une des lunes de Jupiter, est un bon exemple. Les émissions aurorales que nous avons découvertes là-bas ont été utilisées comme indicateur pour déterminer que sa surface gelée renferme probablement un océan d’eau salée. Une certaine densité d’eau salée, qui agirait comme un vaste champ magnétique à l’intérieur de la lune, créerait un champ magnétique secondaire qui stabiliserait les aurores.

« Si nos connaissances sur les Aurores Boréales peuvent être utilisées pour nous révéler des informations sur la composition de l’atmosphère ou du champ magnétique de notre planète, cela pourrait être un indice clé pour trouver des conditions qui pourraient être favorables à la vie dans d’autres mondes de la Voie lactée. L’idée que ce phénomène autrefois voilé de mystère fait à présent partie des éléments permettant d’étudier les mondes extraterrestres est particulièrement enthousiasmante. »