Physique 23 : Optique
Lumières , ondes et couleurs
Les aurores polaires

1. Une aurore polaire

Une aurore polaire est un phénomène lumineux qui se produit lorsque des particules du vent solaire entrent en collision avec les particules de la thermosphère .

Dans le Soleil se produit des réactions nucléaires à partir desquelles une quantité énorme d'énergie est libérée, entraînant des particules nucléaires, comprenant des particles radioactives, appelées vent solaire .

La Terre possède un bouclier de protection contre ce vent solaire : c'est la magnétosphère.

2. La magnétosphère

La magnétosphère représente le champ magnétique qui entoure la Terre .

Il est engendré par les mouvements du noyau métallique (Fe et Ni) liquide des couches profondes de la Terre.

Le noyau terrestre joue donc le rôle d'un aimant qui produit un champ magnétique autour de la Terre.

Ce champ magnétique est orienté du pôle nord magnétique vers le pôle sud magnétique.

3. Les aurores polaires

La magnétosphère absorbe ou piège toutes les particules du vent solaire. Lorsque l'activité solaire est intense, il arrive que la quantité de particules libérées soit trop grande pour la capacité de la magnétosphère, ce qui provoquera la formation d'aurores polaires.

La magnétosphère déverse alors le trop-plein dans l'atmosphère près des pôles. Les particules du vent solaire entrent alors en collision avec les gaz présents dans la thermosphère. Cette interaction permet la production de lumière, rendant ainsi visible l'aurore polaire.

Le phénomène lumineux d'aurore polaire porte le nom d’aurore boréale lorsqu’il est aperçu au pôle nord et d’aurore australe s’il se manifeste au pôle Sud de la Terre.

4. Les couleurs des aurores polaires

Les aurores boréales se produisent dans la thermosphère, l’une des couches les plus élevées de l’atmosphère. Selon l’altitude à laquelle se produit le phénomène, les couleurs émises varieront entre le rouge, le jaune, le vert, le violet et le bleu. La différence de couleurs des aurores polaires est due au type de gaz ionisé par les vents solaires.

Aux altitudes de 100 à 200 km, les couleurs émises peuvent être jaunes, vertes ou roses en présence d’oxygène (O2) ou bleues, violettes ou rouge en présence d’azote (N2).

5. Les ceintures de van Allen

La magnétosphère terrestre s'étend sur une dizaine de rayons terrestres en direction du Soleil et s'allonge longuement dans la direction opposée.

La magnétopause constitue la limite de la magnétosphère. La plupart des particules qui parviennent à en franchir la frontière sont capturées par les ceintures de van Allen, les autres sont déviées vers les cornets polaires où elles produisent des aurores.


Les ceintures de van Allen se présentent sous la forme d'un double anneau, la partie interne piège les protons et la partie externe les électrons.

Elles doivent leur nom au physicien et astronome américain James Van Allen (1914 - 2006) qui découvrit leurs existences à partir de relevés faits par un compteur Geiger embarqué sur la sonde Explorer-1 (1958).

6. Quelques exemples de photos