Formes d'aurores : « Aurora de pluie polaire » détectée depuis le sol pour la première fois  

Il a été confirmé que la gigantesque aurore uniforme vue du sol la nuit de Noël 2022 est une aurore polaire. Il s’agissait de la première observation au sol d’aurores polaires. Contrairement aux aurores polaires typiques qui sont entraînées par les électrons incidents stockés dans la magnétoqueue de la magnétosphère terrestre, les aurores polaires sont formées par des électrons voyageant directement de la couronne solaire vers les régions polaires de la terre le long de lignes de champ magnétique ouvertes pour culminer en « polaire ». pluie »précipitation d'électrons qui donnent lieu à des émissions optiques lors de l'interaction avec les atomes d'oxygène et d'azote de l'atmosphère.  

L'histoire des aurores, les spectacles de lumière éblouissante et colorée (appelés aurores boréales ou aurores boréales dans la région du pôle nord et aurores australes ou aurores australes dans la région du pôle sud) commence dans la couche coronale de l'atmosphère solaire. La température de cette couche atmosphérique solaire est extrêmement élevée. Alors que la température du couche de photosphère (qui est traitée comme la surface du soleil car c'est ce que nous pouvons observer avec la lumière) est d'environ 6000 1 Kelvin, la température moyenne de la couronne est comprise entre 2 et XNUMX millions de Kelvin en raison du « paradoxe du chauffage coronal ». Une température aussi élevée fait de la couronne une couche de plasma surchauffé. Le vent solaire composé de particules chargées électriquement de haute énergie (comme des électrons, des protons, des particules alpha et des ions lourds) émane continuellement de la couche coronale dans toutes les directions, y compris en direction de la Terre.    

Le voyage aller des particules chargées énergétiquement du soleil à la terre n’est ni simple ni direct. Normalement, les particules ionisées sont déviées par le champ magnétique terrestre (magnétosphère), de sorte que les formes de vie et les systèmes électriques sur terre ne sont pas affectés par les effets nocifs du vent solaire.  

Cependant, en cas d'éjection massive de particules chargées du soleil, comme dans le cas de l'éjection de masse coronale (CME), la magnétosphère terrestre est submergée et une tempête magnétique se produit. La tempête stresse la magnétosphère jusqu'à ce qu'elle recule, projetant certaines des particules chargées vers la Terre.  

La bande rétractable du champ magnétique entraîne les électrons du vent solaire vers les régions polaires où les aurores sont observées à 100-300 km au-dessus de la surface dans la haute atmosphère. La contribution des protons et autres ions du vent solaire à la formation des aurores est négligeable.  

Les aurores sont essentiellement des émissions optiques d'atomes d'oxygène et d'azote excités par des électrons énergétiques précipités depuis la magnétosphère le long des lignes de champ magnétique fermées de la terre (la précipitation d'électrons énergétiques ou EEP fait référence au dépôt d'énergie d'électrons dans l'atmosphère). L'interaction des électrons énergétiques avec l'oxygène dans l'atmosphère est responsable des couleurs vertes et rouges, tandis que l'interaction avec l'azote conduit à la production de teintes bleues et rouges foncées. 

Ainsi, la formation des aurores est provoquée par les électrons incidents stockés dans la magnétoqueue (la région de la magnétosphère terrestre qui est balayée par le vent solaire dans une vaste queue dans la direction opposée au soleil). Les électrons stockés dans la magnétosphère sont alimentés par le vent solaire, puis précipitent dans l’atmosphère par rafales dans les régions polaires pour donner naissance à des aurores.  

Aurore de pluie polaire 

Cependant, il est rare que les aurores soient formées par des électrons voyageant directement de la couronne solaire vers les régions polaires de la Terre le long de lignes de champ magnétique ouvertes pour aboutir à une précipitation d'électrons en « pluie polaire ». Une telle précipitation électronique s’avère intense lorsque la densité du vent solaire est faible. Les émissions optiques provoquées par ces électrons sont faibles et l’aurore formée est appelée « aurore polaire de pluie ».  

Les aurores polaires ont été observées à quelques reprises depuis l'espace par les satellites. Cependant, aucun cas n’a jamais été détecté par les installations au sol.  

Le 25^th- 26^th En décembre 2022, une aurore atypique a été capturée par les caméras au sol de la région Arctique alors que le vent solaire avait presque disparu. L’aurore observée était uniforme et de taille gigantesque. Cela ne ressemblait pas à une aurore typique. Une aurore typique de la calotte polaire est un spectacle de lumière éblouissante et colorée affichant un motif dynamique de lumières semblables à un arc-en-ciel. Cela peut apparaître sous forme de rideaux, de rayons, de spirales ou de scintillement changeant. Aurore Thêta apparaît comme la lettre grecque thêta (un ovale avec une ligne traversant le centre) lorsqu'elle est observée d'en haut par les satellites. Les thêta aurores sont également appelées « arcs transpolaires » en raison de l’apparition d’arcs à grande échelle vus de dessus. 'Arcs alignés avec le soleil.' sont des arcs auroraux petits et sombres observés depuis des observatoires au sol. Une extrémité des arcs est dirigée vers le Soleil, d'où son nom "Arcs alignés avec le soleil. 

L’aurore observée la nuit de Noël 2022 était lisse, diffuse et de taille gigantesque. Cela ne ressemblait pas à une aurore typique, c’est pourquoi on pensait qu’il s’agissait d’une aurore polaire. Pour le confirmer, les chercheurs ont étudié cela à l’aide de données satellitaires et au sol.  

Les images satellite ont montré qu’au début la région de la calotte polaire était entièrement vide. La calotte polaire a commencé à se remplir d'une faible aurore diffuse le 25^th Décembre. Par la suite, presque toute la région de la calotte polaire a été rapidement recouverte d’émissions intenses mais moins structurées. Ce remplissage à grande échelle de la calotte polaire par des aurores diffuses s'est poursuivi pendant environ 28 heures. L'intense émission à l'intérieur de la calotte polaire a commencé à s'estomper le 26 au matin.^th Décembre et en quelques heures, la structure des aurores était revenue à sa distribution normale et la calotte polaire était à nouveau vide.  

La précipitation d'électrons sous la pluie polaire se produit généralement dans un seul hémisphère en fonction de l'orientation du champ magnétique interplanétaire (FMI). Des images satellite simultanées ont montré un remplissage complet de la calotte polaire dans l’hémisphère nord alors que la calotte polaire de l’hémisphère sud était vide. Cette asymétrie interhémisphérique observée et l'orientation attendue du FMI suggèrent fortement que l'aurore à grande échelle détectée à l'intérieur de la calotte polaire de l'hémisphère nord était une aurore polaire de pluie. L’asymétrie interhémisphérique a également été observée dans les données électroniques. De plus, la corrélation entre le moment de la disparition du vent solaire et celui du remplissage de la calotte polaire était très bonne.  

Les mesures optiques d'une installation au sol dans la ville arctique de Longyearbyen le 25^th -26^th Décembre a montré que les électrons de haute énergie (> 1 keV) constituaient le principal composant de la précipitation électronique. Un afflux d’électrons de haute énergie a également été observé par le satellite. En conséquence, l’aurore était visible depuis le sol sous forme d’émissions verdâtres brillantes.  

Dans une étude antérieure, il a été démontré que les aurores polaires se déplaçaient vers l’opposé du soleil à une vitesse de 150 mètres/s. Dans le cas d'aurores atypiques observées la nuit de Noël 2022, l'analyse des données optiques transversales a indiqué que l'aurore se propageait dans la direction anti-solaire, mais que la vitesse de l'aurore vue du sol était deux à trois fois plus rapide.  

Ainsi, la gigantesque aurore uniforme visible depuis le sol la nuit de Noël 2022 était une aurore de pluie polaire. Il s’agissait de la première observation au sol d’aurores polaires, un aspect unique de la connexion complexe Soleil-Terre.  

*** 

Références:  

1. Hosokawa, K. et al 2024. Aurore exceptionnellement gigantesque dans la calotte polaire un jour où le vent solaire a presque disparu. AVANCÉES SCIENTIFIQUES. 21 juin 2024. Vol 10, numéro 25. DOI : https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276  

2. SWPC, NOAA. Aurore. Disponible à https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora  

***