Aurores boréales au Svalbard

Des animations tirées de l’émission « Viten » intitulée « Nordlyssom» qui expliquent comment se forment les aurores boréales.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quel est l’impact des aurores boréales ?

 

 

 

 

 

 

 

 

Les particules chargées provenant du Soleil peuvent avoir diverses répercussions sur la Terre, allant des interférences radio aux défaillances des satellites de communication.

Les taches solaires sont des zones caractérisées par un champ magnétique puissant, conséquence d’énormes flux de charges électriques et de la rotation du Soleil. Les taches solaires sont environ 1 500 degrés moins chaudes que les zones environnantes et apparaissent donc sombres.

Les champs magnétiques peuvent devenir très instables et provoquer de puissantes décharges d’énergie qui s’apparentent à des versions amplifiées des courts-circuits électriques terrestres. Ces explosions provoquent généralement trois types de décharges d’énergie qui ont des conséquences sur nos technologies de pointe :

Rayonnement électromagnétique à haute énergie, en particulier les rayons X. Il atteint la Terre au bout de 8,5 minutes et peut perturber les communications radio
Rayonnement intense de particules chargées. Elles atteignent la Terre au bout d’une demi-heure à deux heures.
Des nuages de gaz à l’origine d’une tempête géomagnétique. Ils parviennent à la Terre au bout de 18 heures à quatre jours.

C’est cette dernière perturbation qui entraîne les conséquences les plus spectaculaires. De puissantes aurores boréales peuvent être observées bien plus au sud que d’habitude. Les aurores boréales sont constituées de particules chargées électriquement et constituent donc en réalité un puissant courant électrique qui circule à plus de 100 kilomètres au-dessus de nos têtes. Au total, l’intensité du courant peut atteindre plusieurs millions d’ampères. Ce courant à variation rapide provoque des modifications du champ magnétique qui, à leur tour, entraînent l’apparition de courants dans les lignes électriques, les canalisations et les engins spatiaux.

Ces nuages de gaz chargés d’électricité peuvent endommager les satellites, perturber les communications radio, mettre le système GPS hors service pendant un certain temps et, dans certains cas, provoquer des coupures de courant à grande échelle.

Des taches solaires gigantesques ont été observées fin octobre 2003. Ces taches très actives ont provoqué une série d’explosions extrêmes, dont la plus puissante de l’ère moderne. Chacune de ces taches était suffisamment grande pour contenir 100 fois la Terre.

Fin octobre et début novembre 2003, trois zones très actives du Soleil ont été à l’origine de plusieurs explosions extrêmes. L’une d’entre elles a détruit trois satellites en orbite, provoqué des coupures d’électricité à Malmö, en Suède, et dans certaines parties de Copenhague, généré des aurores boréales observables jusqu’en Afrique du Nord et au Mexique, perturbé le trafic aérien et les communications radio, et a par ailleurs mis le système GPShors service pendant un certain temps.

Le « Supersmellet »

Le Soleil effectue une rotation sur lui-même en environ quatre semaines et, le 4 novembre, la dernière de ces zones hyperactives était sur le point de disparaître derrière le limbe solaire. C’est alors qu’une explosion bien plus puissante que tout ce qui a été observé sur le Soleil à l’époque moderne s’est produite. Un nuage de gaz surchauffé a été projeté depuis le limbe solaire à une vitesse de 8,3 millions de km/h. Comme l’explosion s’est produite au niveau du limbe solaire, le nuage de gaz n’a pas été projeté vers la Terre et nous n’avons guère ressenti cette tempête solaire ici sur Terre. Si l’explosion s’était produite une semaine plus tôt, la situation aurait été tout autre.

Dans ce cas, l’explosion se serait produite au centre du disque solaire, l’éruption se serait dirigée directement vers la Terre et nous aurions pu subir des effets similaires à ceux de septembre 1859.

Les télégraphistes brûlés vifs

En 1859, un groupe de taches solaires est apparu sur le Soleil à la fin du mois d’août. Le 28 août, les habitants d’une grande partie de l’hémisphère nord ont pu admirer l’une des aurores boréales les plus spectaculaires observées depuis des générations.

Mais ce n’était pourtant rien comparé à ce qui allait se passer quelques jours plus tard. Le 1er septembre, alors que l’astronome amateur britannique Richard Carrington étudiait la tache solaire, il observa par hasard deux taches émettant une lumière intense. L’éruption dura environ cinq minutes et fut également observée par d’autres personnes.

À peine 17,6 heures plus tard, après avoir parcouru les 150 millions de kilomètres qui le séparaient de la Terre à une vitesse moyenne de 2 300 km/s (8,3 millions de km/h), le nuage de gaz a percuté le champ magnétique terrestre, provoquant des aurores boréales exceptionnelles, visibles presque jusqu’à l’équateur. À de nombreux endroits, la luminosité était telle que les gens ont cru que l’aube était déjà levée. À Cuba, on pouvait lire les journaux à la lueur rouge du ciel.

Les courants électriques générés par ces aurores boréales exceptionnelles se sont propagés jusqu’au sol et ont provoqué des surintensités dans les fils télégraphiques. Tant en Europe qu’aux États-Unis, les fils télégraphiques tombèrent au sol et des incendies se déclarèrent le long des câbles. À certains endroits, les télégraphistes furent brûlés et les papiers posés sur leurs pupitres prirent feu.

Une semaine de marge

Si l’éruption du 4 novembre 2003 s’était produite une semaine plus tôt et s’était dirigée directement vers la Terre, il y aurait eu un risque que de grandes parties du réseau électrique de l’hémisphère nord s’effondrent et que la quasi-totalité de la flotte de satellites soit mise hors service.

On estime qu’aux États-Unis, une tempête solaire similaire à celle de mai 1921 aurait provoqué des coupures d’électricité pour au moins 130 millions de personnes et que la réparation des dégâts aurait pu prendre des mois, voire des années. L’éruption de 1859 a toutefois été plus puissante.

Le 13 mars 1989, une tempête solaire a plongé le Québec, au Canada, et le nord-est des États-Unis dans le noir. Le coût d’un événement similaire à celui de 1859 est estimé entre 1 000 et 2 000 milliards de dollars rien qu’aux États-Unis au cours de la première année. On estime toutefois qu’il faudrait entre 4 et 10 ans pour réparer les dégâts.

Ces dégâts auraient toutefois touché tous les pays situés au nord des 40e et 50e parallèles nord.

Après une période de calme exceptionnellement longue sur le Soleil, l’activité s’est quelque peu intensifiée au cours de l’année écoulée et l’on a observé un certain nombre de taches, d’explosions et d’éruptions. Les chercheurs s’attendent désormais à ce qu’un pic d’activité relativement modéré se produise durant l’été 2013. On pourrait alors penser que le risque de violentes éruptions est d’autant plus faible, mais ce n’est pas nécessairement le cas.

L’éruption de 1859 s’est produite lors d’un maximum solaire faible, similaire à celui prévu en 2013. Les chercheurs suivent la situation de très près et disposent depuis quelques années d’un certain nombre d’observatoires solaires puissants. Au vu des rares super-éruptions solaires que nous connaissons, il n’est pas possible de prédire l’ampleur du danger lié au prochain maximum.

Le rayonnement issu de l’éruption de 1859 était si intense qu’il a eu un impact considérable sur l’atmosphère. Dans les glaciers, les chercheurs peuvent mesurer la quantité de nitrates année après année, en remontant très loin dans le temps. L’éruption de 1859 a généré la plus forte concentration de nitrates jamais mesurée au cours des 400 dernières années, presque deux fois plus élevée que la deuxième plus forte.

Aurores boréales et tempêtes solaires

 

Lorsque les aurores boréales s’embrasent dans le ciel d’hiver bleu-noir des régions polaires, le spectacle est saisissant. Même si nous en savons désormais beaucoup sur les aurores boréales, certains aspects de ce phénomène naturel n’ont toujours pas été entièrement élucidés.

Autrefois, on devait se contenter d’observer les aurores boréales depuis le sol. Aujourd’hui, nous pouvons observer les aurores boréales depuis l’espace grâce à des satellites en orbite autour de la Terre, et grâce aux fusées de l’ARS, il est possible d’effectuer à la fois des mesures et des observations au cœur même des aurores boréales, à 100 kilomètres dans l’espace.

Dans un temps très lointain, les aurores boréales faisaient l’objet de nombreuses légendes et de beaucoup de mystère. À l’époque comme aujourd’hui, les gens observaient ce phénomène fascinant dans le ciel, mais ils ne savaient pas vraiment de quoi il s’agissait. C’est pourquoi de nombreux récits différents ont vu le jour au sujet des aurores boréales. Dans les temps très anciens, les gens considéraient les aurores boréales comme un présage de châtiment ou un rappel de la conduite à adopter, ou encore comme un signe annonciateur de guerre et de peste. Certains croyaient même que ce sont de vieilles femmes célibataires qui créaient les aurores boréales après leur mort. Certaines histoires racontent que les aurores boréales venaient vous emporter si vous agitez un foulard blanc : vous les taquiniez ainsi, ce qui les mettait en colère. Une autre version de cette histoire raconte que si vous agitez un foulard blanc en direction de l’aurore boréale, celle-ci vous fait signe en retour. Les Samis considéraient que l’aurore boréale possédait un pouvoir surnaturel et l’on retrouve des symboles inspirés de celle-ci sur leurs bâtons runiques. Les Samis appelaient les aurores boréales « guovssahas », la lumière audible. Les peuples de la nature, jusqu’à notre époque, pensaient que les aurores boréales intenses pouvaient se faire entendre, comme le froissement du papier, un drapeau battant au vent ou le murmure d’une cascade.

Aujourd’hui, nous savons ce qui provoque la formation des aurores boréales. C’est en effet le Soleil ! L’élément essentiel concernant le Soleil est qu’il émet de la lumière et de la chaleur, et qu’il constitue donc la base de toute vie sur Terre. Tout comme sur Terre, il y a des vents sur le Soleil. Les vents qui y soufflent sont appelés vents solaires. Les vents solaires émettent des particules chargées électriquement. Celles-ci sont appelées électrons et ions. Certaines de ces particules sont projetées vers la Terre et entrent en collision avec les gaz présents dans l’atmosphère terrestre. Ce sont ces collisions qui provoquent les aurores boréales. La lumière peut prendre de nombreuses couleurs différentes, notamment le jaune, le vert, le rouge et le bleu. Les différents gaz produisent des couleurs différentes.

On pourrait croire que les aurores boréales ne se trouvent pas très haut dans l’atmosphère lorsque nous les observons, mais elles se situent en réalité entre 90 et 150 km au-dessus de la surface de la Terre. C’est ce que l’on appelle « les aurores boréales visibles ».

On ne peut pas observer les aurores boréales partout dans le monde. Mais comme vous le savez sans doute, on peut les voir clairement dans le nord de la Norvège lorsqu’il fait nuit et que le ciel est dégagé. Dans le sud de la Norvège, il est rare d’observer des aurores boréales.
À côté du pôle Nord se trouve un autre pôle, à savoir le pôle Nord magnétique ! Ce pôle attire les particules électriques provenant du Soleil, ce qui donne naissance à des aurores boréales qui forment un anneau ovale autour du pôle magnétique. Cet anneau est appelé « ovale auroral ». Les régions situées sous cet anneau peuvent observer les aurores boréales lorsque le ciel est sombre et dégagé. Le même phénomène se produit dans l’hémisphère sud, mais là-bas, on parle d’aurores australes.

La première fois dont nous ayons la certitude que quelqu’un a observé les aurores boréales dans ce pays remonte au XIIIe siècle. Dans l’ouvrage « Kongespeilet », rédigé à cette époque, il est en effet question des aurores boréales. Environ 400 ans plus tard, en 1621, un Français a donné un nom sophistiqué aux aurores boréales : « Aurora Borealis ». Cela signifie « l’aurore boréale ». Ce nom est en réalité erroné, mais aussi loin au sud de l’Europe qu’en France, les aurores boréales rouges peuvent ressembler à l’aurore. Les aurores australes s’appellent « Aurora Australis », ce qui signifie « l’aurore australe ».

Au fil des ans, de nombreuses personnes ont mené des recherches sur les aurores boréales, et l’une d’entre elles est Kristian Birkeland. Ce Norvégien a largement contribué à ce que nous savons aujourd’hui sur les aurores boréales. C’est lui qui a été le premier à découvrir que c’était le soleil qui produisait les aurores boréales. Il y est parvenu en menant une expérience, appelée « l’expérience de Terella », au cours de laquelle il a en effet créé des aurores boréales artificielles en laboratoire.

De nombreux artistes se sont inspirés des aurores boréales, de leurs magnifiques couleurs et de leurs mouvements. Qu’il s’agisse d’écrivains, d’artistes, de photographes ou de musiciens. On peut citer, par exemple, des écrivains tels que Knut Hamsun, Fridtjof Nansen et Henrik Wergeland, ainsi que le peintre Gerhard Munthe, entre autres.

Comme son nom l’indique, l’aurore boréale est particulièrement liée aux régions polaires. Elle se produit le plus souvent dans une ceinture entourant le pôle magnétique, à une distance d’environ 2 500 km de celui-ci. Cette zone d’aurores boréales s’étend au-dessus du nord de la Scandinavie, de l’Islande et de la pointe sud du Groenland, traverse le nord du Canada, passe au-dessus de l’Alaska et longe la côte nord de la Sibérie. C’est sur les côtes des comtés de Troms et de Finnmark que leur fréquence est la plus élevée. Il va donc de soi que le nord de la Norvège, grâce à sa bonne accessibilité et à son climat hivernal clément, attire les personnes désireuses d’observer ce phénomène céleste. Par ailleurs, les aurores boréales apparaissent aussi bien au nord qu’au sud de la zone des aurores boréales, mais leur fréquence diminue à mesure que l’on s’en éloigne. Autour du pôle magnétique sud, on trouve une zone tout à fait similaire. Cependant, ces « aurores australes » ne sont généralement visibles que depuis l’Antarctique et les zones maritimes environnantes. Parmi les régions habitées de l’hémisphère sud, ce n’est qu’en Tasmanie et dans le sud de la Nouvelle-Zélande que l’on peut parfois en apercevoir un aperçu. Les aurores boréales et les « aurores australes » se produisent d’ailleurs simultanément et sont presque comme des images miroir l’une de l’autre.

Dans les comtés de Troms et de Finnmark, on peut observer des aurores boréales, sinon toutes les nuits où le ciel est dégagé, du moins une nuit sur deux. Dans le sud de la Norvège, elles se produisent quelques fois par mois, tandis qu’en Europe centrale, on ne les observe que quelques fois par an. Même dans la région méditerranéenne, on peut observer des aurores boréales, mais probablement pas plus de quelques fois par siècle. Au Svalbard, les aurores boréales sont également courantes, mais pas aussi fréquentes qu’en Norvège du Nord.

Nous associons les aurores boréales à l’hiver, mais en réalité, elles sont présentes toute l’année. Nous ne pouvons simplement pas les observer pendant les nuits claires ; le ciel doit être relativement sombre. Concrètement, dans le nord de la Norvège, nous sommes donc limités à la période allant de début septembre à mi-avril. Des aurores boréales intenses peuvent toutefois être observées même dans un ciel assez clair. À Tromsø, par exemple, il n’est pas rare d’apercevoir des aurores boréales dans le ciel du soir en août. Les aurores boréales que l’on observe dans le nord de la Norvège sont souvent appelées « aurores boréales nocturnes », car elles se produisent du côté nocturne de la Terre. Elles commencent généralement en fin d’après-midi ou en soirée et se prolongent souvent bien au-delà de la nuit. Il s’agit là de la forme habituelle des aurores boréales, mais au Svalbard, pendant la période d’obscurité polaire, on peut également observer les aurores diurnes, plus rares, qui se produisent du côté diurne de la Terre. Les aurores boréales se situent bien au-dessus de la couverture nuageuse ; il faut donc un ciel dégagé pour les observer. La couverture nuageuse constitue le principal obstacle à l’observation des aurores boréales depuis le nord de la Norvège. À cet égard, les régions de l’intérieur des terres sont plus propices que la côte. Les jours autour de la pleine lune ne se prêtent pas à l’observation des aurores boréales. Le ciel est alors si clair que l’expérience perd considérablement de son intensité. Enfin, il convient de s’éloigner des villes et des agglomérations très éclairées pour profiter pleinement d’une soirée d’aurores boréales.
La plupart des aurores boréales se produisent entre 90 et 130 km au-dessus du sol, mais certaines, et en particulier les aurores boréales en forme de rayons, s’étendent jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres d’altitude. À titre de comparaison, l’altitude de croisière d’un avion à réaction est d’environ 10 km, et la couche d’ozone se situe entre 20 et 30 km au-dessus du sol. Il faut presque monter jusqu’à l’altitude des satellites pour observer les aurores boréales. En raison de cette altitude élevée, une aurore boréale est visible sur des distances de plusieurs centaines de kilomètres. Ainsi, une aurore boréale au-dessus de l’île de Bjørnøya pourra être observée aussi bien depuis Tromsø que depuis le Svalbard, et une aurore boréale au-dessus de Tromsø sera visible dans le ciel nord depuis la région de Trøndelag.

Les aurores boréales se produisent lorsque de grandes quantités de particules électriques (électrons) se dirigent à grande vitesse vers la Terre en suivant le champ magnétique et entrent en collision avec les couches supérieures de l’atmosphère. Le gaz s’illumine alors. Ce phénomène s’apparente quelque peu à ce qui se passe dans un tube fluorescent. Les couleurs reflètent les gaz présents à cette altitude. La couleur jaune-vert caractéristique des aurores boréales provient de l’oxygène. La couleur rouge est également due en grande partie à l’oxygène, mais l’azote y contribue également. Le violet que l’on observe souvent à la base des aurores boréales provient de l’azote, tout comme la majeure partie du bleu. La source de ces particules électriques est le Soleil, et ce sont les conditions qui règnent sur le Soleil qui déterminent si des aurores boréales se produiront. Les particules s’échappent du Soleil ; certaines d’entre elles sont captées par le champ magnétique terrestre et descendent vers les régions polaires en suivant ce champ. Mais avant cela, elles ont effectué un passage du côté nocturne de la Terre et y ont acquis une énergie supplémentaire dans le champ magnétique. Nous ne comprenons pas encore très bien ce qui se passe réellement là-bas.

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