Les différentes couches de la lueur de l'air de la Terre peuvent être vues depuis la Station spatiale internationale alors qu'elle orbite autour de la Terre. La très fine couche verte au-dessus du bas de la fenêtre se trouve à 95 kilomètres (59 miles) au-dessus de la surface de la Terre; la région rouge ci-dessus est un type différent de lueur d'air. Le rectangle représente la partie de la lumière de l'air mesurée dans une seule image WINDII. Crédit :Union géophysique américaine
Datant du premier siècle, scientifiques, les philosophes et les journalistes ont noté l'occurrence occasionnelle de « nuits lumineuses, " lorsqu'une lueur inexpliquée dans le ciel nocturne permet aux observateurs de voir des montagnes lointaines, lire un journal ou consulter sa montre.
Une nouvelle étude acceptée pour publication dans Lettres de recherche géophysique , un journal de l'American Geophysical Union, utilise des données satellitaires pour présenter une explication possible de ces phénomènes historiques déroutants.
Les auteurs suggèrent que lorsque les ondes dans la haute atmosphère convergent vers des endroits spécifiques sur Terre, il amplifie la lueur d'air naturelle, une faible lumière dans le ciel nocturne qui apparaît souvent verte en raison des activités des atomes d'oxygène dans la haute atmosphère. Normalement, les gens ne remarquent pas la lueur d'air, mais les nuits claires, il peut devenir visible à l'œil nu, produisant la lueur inexpliquée détaillée dans les observations historiques.
Quelque, si seulement, les gens n'observent plus les nuits lumineuses en raison de la pollution lumineuse généralisée, mais les nouvelles découvertes montrent qu'elles peuvent être détectées par les scientifiques et peuvent encore être perceptibles dans les zones reculées. La lueur d'air brillante peut être une préoccupation pour les astronomes, qui doit composer avec la lumière supplémentaire tout en faisant des observations avec des télescopes.
"Les nuits lumineuses existent, et ils font partie de la variabilité de la lueur de l'air qui peut être observée avec des instruments satellites, " a déclaré Gordon Shepherd, un aéronome à l'Université York à Toronto, Canada, et auteur principal de la nouvelle étude.
Un mystère historique
Les récits historiques de nuits lumineuses remontent à des siècles. Pline l'Ancien a décrit des nuits lumineuses, en disant, "Le phénomène communément appelé 'soleil nocturne', c'est-à-dire une lumière émanant du ciel pendant la nuit, a été vu pendant le consulat de C. Caecilius et Cn. Papirius (~ 113 avant notre ère), et bien d'autres fois, donnant une apparence de jour pendant la nuit.
Les journaux européens et la littérature scientifique ont également publié des observations de ces événements en 1783, 1908 et 1916.
"Le dossier historique est si cohérent, remonter sur des siècles, les descriptions sont très similaires, " dit le berger.
Les observations modernes de nuits lumineuses depuis la Terre sont pratiquement inexistantes. Même des chercheurs dévoués à la lueur de l'air comme Shepherd et ses collègues n'ont jamais vu une vraie nuit lumineuse avec leurs yeux. Mais avant même l'avènement de l'éclairage artificiel, les nuits lumineuses étaient rares et très localisées.
"Les nuits lumineuses ont disparu, " Shepherd a dit. " Personne ne les voit, plus personne n'en parle ni ne les enregistre, mais ils restent un phénomène intéressant."
La lueur de l'air de la Terre peut être vue depuis la Station spatiale internationale sous la forme d'une bulle verdâtre à 95 kilomètres (59 miles) au-dessus de la surface de la Terre. Crédit :NASA
Anomalies d'aération
Shepherd connaissait les observations historiques et pouvait voir des événements nocturnes brillants reflétés dans les données de lueur d'air de l'interféromètre d'imagerie du vent (WINDII), un instrument autrefois transporté par le satellite de recherche sur l'atmosphère supérieure de la NASA (1991-2005), mais il ne pouvait pas expliquer pourquoi les phénomènes se produisaient.
Lui et son co-auteur, Youngmin Cho, un associé de recherche à l'Université York, recherché des mécanismes qui feraient augmenter la lueur d'air à des niveaux visibles à des endroits spécifiques.
Airglow provient des émissions de différentes couleurs de lumière provenant de réactions chimiques dans les parties supérieures de l'atmosphère. La partie verte de la lueur de l'air se produit lorsque la lumière du soleil sépare l'oxygène moléculaire en atomes d'oxygène individuels. Quand les atomes se recombinent, ils dégagent l'excès d'énergie sous forme de photons dans la partie verte du spectre de la lumière visible, donnant au ciel une teinte verdâtre.
Pour trouver les facteurs qui provoqueraient des pics de luminosité et créeraient des nuits lumineuses, les chercheurs ont recherché deux années de données WINDII pour des profils d'aération inhabituels, exclure les météores et les aurores, qui ont leurs propres signatures distinctes. Ils ont identifié 11 événements au cours desquels WINDII a détecté un pic dans les niveaux de lueur d'air qui serait visible à l'œil humain, deux dont ils décrivent en détail dans l'étude.
Finalement, les chercheurs ont fait correspondre les événements avec les hauts et les bas des ondes zonales, de grosses vagues dans la haute atmosphère qui entourent le globe et sont impactées par les conditions météorologiques. Lorsque les pics de certaines ondes se sont alignés, ils produisaient des événements nocturnes brillants qui pouvaient durer plusieurs nuits à un endroit spécifique. Ces événements étaient quatre à dix fois plus brillants que la lueur normale de l'air et pourraient être responsables des nuits lumineuses observées tout au long de l'histoire.
"Cette [étude] est très claire, nouvelle approche de la vieille énigme de ce qui rend certains ciels nocturnes si remarquablement brillants, et la réponse est la dynamique atmosphérique, " a déclaré Jürgen Scheer, aéronome à l'Instituto de Astronomía y Física del Espacio à Buenos Aires, qui n'était pas lié à l'étude. "Nous avons maintenant une bonne idée des phénomènes dynamiques qui sont à l'origine des événements [airglow] d'une luminosité extrême."
Observer une nuit lumineuse
A partir de leurs données, les chercheurs estiment qu'à un endroit précis, les nuits lumineuses visibles ne se produisent qu'une fois par an, et leur observation reposerait sur un observateur du ciel regardant d'un endroit éloigné sur un clair, nuit sans lune avec des yeux ajustés à l'obscurité. Shepherd estime qu'une nuit brillante se produit quelque part sur Terre, à différentes longitudes, sur environ 7 pour cent des nuits.
Si un astronome voulait vivre personnellement une nuit lumineuse, Shepherd soupçonne que les scientifiques pourraient prédire leur apparition s'ils surveillaient les vagues en permanence, afin qu'ils puissent calculer quand leurs pics s'aligneraient.
Le prochain défi sera de reproduire la convergence observée de ces ondes grâce à la modélisation et de considérer les effets d'autres types d'ondes dans l'atmosphère, dit Scheer.
"C'est peut-être une question presque morte, " dit Shepherd. " J'ai le dernier mot avant qu'il ne meure. "
