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Les aurores boréales et australes sont sans doute les spectacles célestes les plus époustouflants sur Terre. Lorsque vous êtes au bon endroit au bon moment, le ciel au-dessus de vous devient une toile dynamique de rideaux lumineux qui bougent et scintillent dans des teintes vives.
Lors d'une soirée typique, la couleur dominante est un vert tendre, mais dans de bonnes conditions, vous pouvez également voir des rouges, des bleus, des violets, des jaunes ou même des roses. Chaque teinte raconte une histoire sur les particules et les gaz qui la créent.
Pour comprendre pourquoi les aurores sont de différentes couleurs, il est utile de comprendre leur origine. Le soleil émet continuellement un flux de particules de haute énergie – principalement des noyaux d’hydrogène et d’hélium dépourvus d’électrons – appelé vent solaire. Alors que la majeure partie de ce flux est déviée par la magnétosphère terrestre, une partie est canalisée vers les pôles, où elle entre en collision avec la haute atmosphère et prépare le terrain pour la lueur aurorale.
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Le vert est la teinte aurorale la plus courante, car la vision humaine y est particulièrement sensible dans des conditions de faible luminosité. La lumière provient de l’oxygène atomique excité, et non de l’oxygène que nous respirons. Lorsque des particules de haute énergie heurtent l’oxygène atmosphérique, elles élèvent ses électrons vers des niveaux d’énergie plus élevés. L'atome excité émet alors un photon vert lorsqu'il se détend.
Contrairement aux gaz comme le sodium ou le néon, qui reviennent presque instantanément à leur état fondamental, l’oxygène atomique met environ trois quarts de seconde à se désexciter. Dans les couches plus denses et inférieures de l'atmosphère, les collisions avec d'autres particules peuvent éteindre ce processus avant que l'atome n'ait la chance de briller, limitant ainsi les émissions vertes à des altitudes d'environ 60 milles et plus.
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Les aurores rouges apparaissent au-dessus et au-dessous des bandes vertes familières, chacune ayant une source distincte. Au-dessus de 150 milles, l’oxygène chasse à nouveau la lueur rouge. À ces altitudes plus élevées, les collisions sont plus rares, permettant aux atomes excités de conserver leur énergie plus longtemps. Après une brève pause, ils libèrent un photon rouge avant de finalement revenir à l'état fondamental.
Sous les bandes vertes, la frange rouge provient de l'azote moléculaire, produisant une teinte légèrement rouge violet. Ce rouge à basse altitude est rare car seules les particules solaires les plus énergétiques peuvent pénétrer en dessous de 60 miles, là où l'azote domine.
Lors de puissantes tempêtes solaires, d’intenses explosions de particules, telles que des éjections de masse coronale, peuvent enflammer des aurores rouges bien en dehors des régions polaires. Lorsqu'un flot de particules de haute énergie frappe l'oxygène à environ 200 miles d'altitude, la lueur qui en résulte est suffisamment brillante pour être visible sur une vaste zone.
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Les teintes bleues ou violettes sont produites par l'azote moléculaire ionisé, qui brille à environ 60 miles pendant les périodes de forte activité solaire. Lorsque l'azote ionisé et neutre coexistent, leurs émissions peuvent se mélanger, créant des couleurs allant du magenta au bleu profond.
Plus haut dans l'atmosphère (au-dessus de 180 miles), l'hydrogène et l'hélium peuvent émettre une faible lumière bleue ou violette, bien que cela ne soit détectable que sous un ciel exceptionnellement sombre et un apport solaire intense.
Les aurores jaunes résultent d'un mélange de l'émission d'oxygène vert et de la lueur rouge de l'azote non ionisé. Cette combinaison est rare car elle nécessite à la fois une excitation d'azote à basse altitude et la présence d'oxygène à une altitude légèrement plus élevée.
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La Terre n’est pas la seule planète à accueillir des aurores. Toutes les planètes dotées d'une atmosphère, à l'exception de Mercure, présentent une activité aurorale, bien que leur apparence varie. Vénus et Mars, dépourvues de champs magnétiques puissants, connaissent des aurores partout où les particules solaires atteignent leur fine atmosphère.
Les géantes gazeuses émettent des aurores ultraviolettes, les sursauts de Jupiter étant suffisamment intenses pour produire des rayons X. Les aurores de Saturne incluent une lumière visible qui apparaîtrait rouge à un observateur à bord d'un vaisseau spatial, tandis qu'Uranus affiche des aurores infrarouges et la lueur de Neptune est observée dans les ondes radio.
Plusieurs lunes présentent également des phénomènes auroraux. Les lunes galiléennes de Jupiter montrent des aurores visibles dominées par une lumière rouge d’oxygène, Io ajoutant une émission de sodium orange. Triton, la lune de Neptune, peut accueillir des aurores boréales, mais sa grande distance limite les observations détaillées.