I Le Soleil, "père" des aurores
Le Soleil, étoile de notre système solaire, est un élément essentiel dans la formation d'une aurore polaire terrestre.
Cet astre possède un diamètre de 1,4 millions de km (soit environ 110 fois celui de la Terre) et est composé de plusieurs couches concentriques dont les principales sont :
- Le noyau. - La photosphère, surface visible du Soleil - La chromosphère, couche de gaz fortement ionisé - Et la couronne, où la température est très élevée.
La température du Soleil varie en fonction des couches et est ainsi de 15 millions de °C en son centre et de 5500 ° C à sa surface.
En raison de cette chaleur, le Soleil va émettre en continu un flux qui permettra la formation des aurores. Mais voyons d'abord de quelle façon et sous quelles conditions les particules issues du Soleil s'en échappe t-elles.
1) Le Soleil et son vent
Une éruption solaire est un événement primordial de l'activité du soleil. Elle se produit à la surface de la photosphère et projette au travers de la chromosphère un jet de matière ionisée qui se perd dans la couronne à des centaines de milliers de km d'altitude.
Le vent solaire, émis par le Soleil et éjecté lors de ces éruptions solaires, est un flux de plasma, constitué de particules chargées (principalement des protons et électrons). Le vent solaire est très peu dense (10 particules/cm3) mais très rapide : il se propage à travers le système solaire à la vitesse de 450 km/s en moyenne et balaye le milieu interplanétaire en permanence.Le Soleil émet en continu et dans toutes les directions. La trajectoire de chaque particule est unique car l’activité du soleil influence la direction d’éjection de chaque particule.
Le soleil est soumis à un cycle solaire, encore inexpliqué, constitué de périodes pendant lesquelles l'activité solaire varie, en reproduisant plus ou moins les mêmes phénomènes que pendant la période précédente, de même durée. L'activité solaire est alors réglée par un cycle d'une période moyenne de 11,2 ans mais qui peut varier entre 8 et 15 ans. Ainsi, tous les 11 ans, l'activité solaire atteint un pic, appelé maximum solaire, suivi du phénomène inverse, le minimum solaire.
Les photos (ci-dessus) du soleil au filtre bleu montrent une activité minimale, à gauche, et maximale, à droite. Le maximum solaire est révélé par l’apparition d’un plus grand nombre de tâches noires, appelées tâches solaires, qui se créent dans la photosphère. On les voit noires ou très sombres car la température y est plus basse (environ 4000°C) que celle de la photosphère ambiante. Leur diamètre peut atteindre quelques dizaines de milliers de km : il peut ainsi dépasser celui de la Terre. Le nombre de tâches étant lié à l’activité solaire, celle-ci augmente également et devient alors plus intense, le soleil plus brillant. Durant ce maximum, le soleil produit des éruptions solaires plus nombreuses et plus importantes. La quantité de particules de plasma rejetée dans le milieu interplanétaire augmente donc considérablement.
Ainsi, certains astronomes ont remarqué que les périodes où l'on distingue le plus de tâches à la surface du Soleil, correspondent aux périodes durant lesquelles les aurores polaires sont les plus intenses. Le graphe ci-dessous a été établi en 2002 pour le cycle solaire 23, de 1994 à environ 2008. Les courbes après 2002 sont des prévisions, la rouge étant la moyenne des valeurs supposées.
2) Le lignes de champ magnétique
La propagation du vent solaire entraîne le champ magnétique solaire, formant ce qu'on appelle le champ magnétique interplanétaire. La région de l'espace, dans laquelle ce champ magnétique solaire est dominant, est appelée héliosphère et englobe la totalité du système solaire. L’héliopause se forme à la limite de notre système solaire entre l’héliosphère et le milieu interstellaire. L’étendue de l’héliosphère est telle que l’on peut considérer que ses lignes de champs sont ouvertes et non fermées, comme celles des magnétosphères planétaires.
Le plasma pourrait être contenu par les lignes de champ magnétique du Soleil.
Cependant, une partie du plasma, qui constituera le vent solaire, est éjectée de la photosphère avec tant de force qu'il parvient à entrainer avec lui les lignes de champ. Celles-ci se brisent à cause de la pression du vent solaire et sont alors considérées comme ouvertes : elles n'ont en effet plus qu'un seul lien avec le Soleil.
Une particularité de ces lignes, est leur courbure. En effet, le vent solaire s'échappe en direction radiale (voir flèche) du soleil. Mais le Soleil tourne sur lui même. Donc, le point d'accroche des lignes reste le même, elles obtienne une courbure comme le montre l'animation.
Toutes les planètes sont alors entourées par le plasma du vent solaire, chaud, magnétisé, supersonique, et capable de conduire une grande quantité d'énergie cinétique et électrique. En raison de la nature supersonique du vent solaire, il se créé des ondes de choc au niveau de rencontre du vent solaire et du champ magnétique des planètes. Ainsi, une partie du vent solaire se dirige en permanence vers la magnétosphère terrestre, et percute de plein fouet la magnétopause terrestre.
De plus, tous les 11 ans, pour une raison encore mystérieuse, le champ magnétique du Soleil s'inverse : ainsi le pôle positif du Soleil devient le pôle négatif et vice-versa. Lorsque le Soleil approche du moment de ce changement de polarité, l'activité est minimale et les tâches solaires sont rares. Il y a ainsi moins de chance d’apercevoir une aurore polaire dans le ciel terrestre.
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