O aurora polară , de asemenea , cunoscut sub numele de aurora boreala în emisfera nordică și aurora australis în emisfera sudică , anterior „ luminile din nord “, este un atmosferic fenomen luminos caracterizat prin voaluri extrem de colorate pe cerul nopții, cu verde fiind predominantă.
Cauzate de interacțiunea dintre particulele încărcate ale vântului solar și atmosfera superioară , aurorele apar în principal în regiuni apropiate de polii magnetici , într-o zonă inelară numită în mod adecvat „zonă aurorală” (între 65 și 75 ° latitudine ). Cu o activitate magnetică solară intensă, arcul auroral se extinde și începe să invadeze zone mult mai apropiate de ecuator. Zorile polare datorate flăcării solare din 1859 au „coborât” până la Honolulu și până la Singapore în.Septembrie 1909ajungând astfel la ecuatorul terestru . În octombrie șinoiembrie 2003, s-a putut observa o aurora boreală în sudul Europei . Un fenomen de magnitudine excepțională a avut loc la24 octombrie 2014, vizibilă în America de Nord și Europa de Nord. Regiunile cele mai afectate de acest fenomen rămân Groenlanda , Alaska , Antarctica , nordul Canadei , Islanda , Norvegia , Suedia , Finlanda , precum și în insulele Shetland din nordul Regatului Unit.
Lumina Nordică a fost întotdeauna observată și probabil a făcut o impresie excelentă asupra Anticilor; în antichitate, atât în Occident, cât și în China, aurora erau astfel considerate ca șerpi sau dragoni pe cer.
Pliniu cel Bătrân a scris: „Am văzut în timpul nopții, sub consulatul lui C. Caecilius și Cn. Papirius (anul Romei 641) și, alteori, o lumină răspândită pe cer, astfel încât un fel de zi a înlocuit întunericul . " .
Luminile polare sunt asociate cu multe mituri și legende. Toate limbile se referă la ele ca „ aurore boreale ”, cu excepția finlandezilor care folosesc termenul finlandez revontulet care poate fi tradus ca „coadă de vulpe roșie” sau „lumini vulpe”: unii sami spun, de fapt, vulpea polară , prin traversând rapid vastele întinderi acoperite de zăpadă, scoate praf cu coada pe cer, ceea ce creează astfel aurora boreală de-a lungul drumului său. Inuiți din Groenlanda numesc aurora aqsarniit , crezând că sufletele mingea mort joc cu cranii morsă. În schimb, un trib din Nunavut crede că morsele joacă mingea cu cranii umane. Tenta lor roșie asociată cu sângele este responsabilă de faptul că inuitii din Groenlanda de Est cred că lumina nordică este sufletul sugarilor născuți.
Alte mitologii nordice evocă bifröstul , dansul spiritelor anumitor animale, în special somonul, renul, focile și balenele beluga; suflarea balenelor din Oceanul Arctic; reflectarea Soarelui sau a Lunii pe armura valchiriei atunci când acestea traversează cerul; făclii aprinse de spiritele morților pentru a-i întâmpina pe noii veniți în paradis.
În Europa din Evul Mediu , luminile polare care capătă nuanțe roșii sunt asociate cu sângele și războiul. Ei prezic o catastrofă sau sunt văzuți ca suflarea războinicilor cerești care își povestesc bătăliile pe cer.
Ei au fost studiate stiintific numai din XVII - lea secol . În 1621 , astronomul francez Pierre Gassendi a descris acest fenomen observat chiar și în sudul Franței și i-a dat numele de aurora boreală . În secolul al XVIII- lea , astronomul britanic Edmond Halley suspectează că câmpul geomagnetic joacă un rol în formarea aurorei boreale. Henry Cavendish , în 1768 , a reușit să evalueze altitudinea la care s-a produs fenomenul, dar abia în 1896 a fost reprodus în laborator de Birkeland . Lucrarea lui Carl Størmer asupra mișcărilor particulelor electrificate într-un câmp magnetic au facilitat înțelegerea mecanismului de formare aurorală.
Din 1957 , explorarea spațiului a permis nu numai o mai bună cunoaștere a aurorelor polare terestre, ci și observarea fenomenelor aurorale pe planete mari precum Jupiter sau Saturn . În 1975 , programul franco-rus ARAKS a reușit să creeze o auroră artificială polară.
În 2008, cercetătorul Jean Lilensten a dezvoltat un experiment, folosind terela din Birkeland, numită Planeterrella . Acest lucru face posibilă simularea aurorei polare.
Lumina Boreală este previzibilă astăzi, datorită parțial muncii Observatorului Kjell Henriksen cu Centrul Universitar Svalbard și programului lor de computer SvaltrackII disponibil publicului larg.
În timpul unei furtuni magnetice care urmează unei explozii solare sau a unei explozii solare, un aflux important de particule încărcate ejectate de Soare se ciocnește cu scutul care formează magnetosfera . Particulele electrificate cu energie ridicată pot fi apoi preluate și canalizate prin liniile câmpului magnetic al Pământului de pe partea de noapte a magnetosferei (coada) și ajung într-o zonă numită oval auroral . Aceste particule - electroni , protoni și ioni pozitivi - excită sau ionizează atomii din atmosfera superioară, ionosfera . Atomul excitat nu poate rămâne în această stare, iar un electron schimbă apoi stratul, eliberând puțină energie în trecere, prin emiterea unui foton ( particulă elementară care alcătuiește lumina vizibilă ). Deoarece natura gazelor care alcătuiesc atmosfera ( oxigen , hidrogen , azot , etc. ) depinde de altitudinea, aceasta explică parțial variațiile în culorile norilor, draperii, perdele, arcade, razele ... care sunt dislocate pe cer la altitudini cuprinse între 80 și 1000 km . Ionizare rezultată din acest aflux de particule determină formarea de nori ionizate care reflectă undele radio .
Este înăuntru iulie 2008că o explicație coerentă a acestui fenomen a fost oferită de NASA datorită misiunii americane THEMIS . Oamenii de știință au localizat de fapt sursa acestor fenomene în explozii de energie magnetică care au loc la o treime din distanța dintre Pământ și Lună . Acestea sunt astfel cauzate de „reconectări” între „cablurile magnetice gigantice” care leagă Pământul de Soare care stochează energia vânturilor solare .
Fenomenele aurorale iau mai multe nuanțe diferite, de la verde la roz, roșu și violet indigo. Lumina spectrografică emisă de studiu arată prezența atomului de oxigen (la linia verde 557,7 nm între 120 și 180 km altitudine și dublet roșu la 630 și 636,4 nm peste 150 km altitudine), azot și compușii săi și hidrogen (656,3 nm ) în timpul aurorele protonice . La cote mai mici, culoarea observată cel mai frecvent este violet (altitudini cuprinse între 90 și 100 km ).
Excitarea moleculelor, atomilor și ionilor de azot și oxigen se află la originea principalelor culori. Oxigenul emite în principal verde și roșu, în timp ce azotul emite albastru, roșu și violet. Atmosfera are densități de oxigen și azot care variază în funcție de altitudine, oxigenul devenind mai dens decât azotul peste 200 km altitudine, ceea ce explică parțial predominanța verde în aurora. Când sunt excitați, unele dintre moleculele de azot interacționează, de asemenea, cu oxigenul, provocând o emisie suplimentară de verde, care contribuie, de asemenea, la dominarea culorii verzi. Heliu și hidrogen produc lumini violet sau albastru. În cele din urmă, energia vântului solar joacă, de asemenea, un rol în culorile observate.
Primii oameni de știință interesați de fenomenele aurorale au stabilit mai întâi clasificări ale acestora luând în considerare forma, amploarea și intensitatea emisiilor, ceea ce permite o abordare obiectivă și cantitativă a fenomenului. Așadar, au ajuns la două tipuri de aurore: forme discrete și forme difuze.
Formele discrete au caracteristica de a se forma în arcuri lungi sau în benzi. Arcurile se „unduiește” de la secundă la secundă, pe măsură ce anumiți nori își schimbă aspectul sub efectul vântului. Acestea iau astfel forma magnetosferei , ceea ce le conferă aspectul unei lățimi destul de subțiri (de la 1 la 10 km ), dar de o lungime curbată aproape infinită.
În 2018 a fost descrisă pentru prima dată o nouă formă de auroră polară, „dunele” . Acest nou tip mărturisește fenomenele atmosferice care au loc la o altitudine de aproximativ 100 km , unde este dificil de trimis instrumente de măsurare.
Aurorele acoperă cerul cu draperii luminescente care pot reproduce pe ascuns toate culorile spectrului de pe marginile lor. Cerul ar trebui să fie senin, senin, de preferință fără lună și lipsit de lumini rătăcite.
Spectacolul este foarte schimbător și poate începe cu formarea unui arc (arc auroral) perpendicular pe meridianul magnetic al locului, apoi să fie însoțit de raze animate uneori de un impuls mai mult sau mai puțin rapid ( 0,05 până la 15 hertz ) sau să se deplaseze mai mult sau mai puțin repede. Uneori observăm străluciri asemănătoare unei perdele sau a unei draperii agitate de briză.
Luminozitatea poate varia considerabil, astfel încât fenomenul poate dura de la câteva minute la câteva ore. Este foarte rar să vezi aurore la latitudini magnetice sub 50 de grade. Acest lucru se întâmplă numai în perioada de activitate solară maximă a ciclului de 11 ani , în timpul celor mai mari erupții solare.
Înainte de era comunicațiilor prin satelit, cel mai bun mijloc de comunicare în zone mari și mari, cum ar fi Canada, era comunicația radio. În timpul furtunilor solare intense, comunicațiile au fost întrerupte pe măsură ce aceste unde călătoresc prin atmosfera superioară.
Norul ionizat care constituie aurora polară reflectă undele electromagnetice în gama de frecvențe foarte ridicate ( VHF și nu numai). Cei radioamatorii folosesc acest fenomen pentru a realiza legături experimentale cu rază lungă. Cele Undele radio sunt , de fapt , difuzată mai mult decât a reflectat care produce o distorsiune puternică a modulării. Telegrafia Morse este practic singurul mod de transmisie care poate fi utilizat. Un efect negativ al acestui fenomen este întreruperea comunicațiilor pe aceste frecvențe.
Luminile polare nu sunt un fenomen specific Pământului. Ele pot fi găsite pe orice planetă cu câmp magnetic. Acestea pot fi observate, printre altele, datorită fotografiilor făcute în lumină ultravioletă de telescopul Hubble .
Aurorele polare văzute pe alte planete decât Pământul pot fi generate de alte fenomene fizice decât cele care provoacă aurorele terestre. De exemplu, pe Jupiter, ovalul auroral principal este o consecință a „pauzei de co-rotație” a plasmei: câmpul magnetic al planetei transportă în mod normal plasma cu ea, dar, de la o anumită distanță, viteza de comunicare la plasma devine prea mare și aceasta din urmă nu mai urmează. Acest lucru creează un curent electric care are originea ovalului auroral.
Pe Jupiter, sateliții planetei creează un curent electric prin mișcare față de câmpul magnetic (același fenomen ca și pentru o dinamă ). Acești curenți creează „pete aurorale”, văzute pentru prima dată în infraroșu, apoi în UV. Putem vedea aceste pete pe imaginea opusă, în afara ovalului principal: cel mai luminos punct corespunde lui Io (în stânga), cele din Europa și Ganymede sunt vizibile în prim-plan.
Tot pe Jupiter, un grup de cercetători de la Laboratorul de Fizică Atmosferică și Planetară de la ULg au observat fenomene aurorale pe gigantul gazos prin intermediul telescopului Hubble , inclusiv în special cele datorate sateliților Io , Europa și Ganimede . Lucrarea lor dezvăluie detaliile petelor ultraviolete și permite o mai bună înțelegere a fenomenelor care le generează.
Aurorele polare au fost, de asemenea, fotografiate de Hubble pe Saturn și altele de Mars Express pe planeta Marte datorită instrumentului SPICAM (Marte nu are un câmp magnetic global, aceste aurore sunt situate în zone în care un câmp magnetic rămâne local).
Luminile polare au fost detectate și pe Venus , Uranus și Neptun .
21 ianuarie 2013, cercetătorii anunță că foarte probabil au detectat aurore pe exoplanete pentru prima dată , datorită radiotelescopului cu frecvență redusă cu sediul în Olanda.