Les acteurs de ce phénomène
Dans le système solaire, la composition du plasma solaire est identique à celle de la couronne solaire : 73 % d'hydrogène et 25 % d'hélium. Le Soleil perd environ 1 × 109 kg de matière par seconde, soit un tétragramme, sous forme de vent solaire. Dans la couronne surchauffée du soleil (1 million de degrés) des atomes d'hydrogène sont ionisés, ce qui leur confère une charge électrique.
Ce graphique pointant les vitesses du vent solaire relevées dans les quatre quadrants du Soleil est superposé à une image de la couronne. Il met en évidence
les grandes différences de vitesses en fonction de l'activité solaire (lent vers l’équateur, rapide au-dessus des trous coronaux).
Le vent solaire étant un plasma, il subit l'influence du champ magnétique solaire (à proximité du Soleil, là où le champ magnétique est fort) mais, de par son mouvement, déforme aussi les lignes
de champ magnétique solaire (là où le champ magnétique est faible). À cause de la combinaison du mouvement radial des particules et de la rotation du Soleil, les lignes de champ magnétique
solaires forment une spirale : la spirale de Parker.
Le cycle solaire :
Un cycle solaire est une période pendant laquelle l'activité du Soleil varie en reproduisant les mêmes phénomènes que pendant la période de même durée précédente. En moyenne, l'activité solaire est réglée par un cycle durant en moyenne 11,2 ans mais la période peut durer de 8 à 12 ans. Chaque cycle débute par un minimum solaire où l'activité solaire est faible, les éruptions solaires y sont peu nombreuses. Leur nombre augmente pendant environ 4 années et demi avant de se stabiliser pendant ce que l'on appelle un maximum solaire, puis de décroître a nouveau et de se stabiliser à un autre minimum : c'est la fin du cycle.
Il est aujourd'hui établi que les périodicités observées dans beaucoup de phénomènes terrestres sont liées au Soleil et peuvent provenir des variations importantes de l'activité solaire.
Les effets d'un cycle solaire agissent principalement sur :
-le nombre d'éruption solaire et leur intensité
-l'état de l'ionosphère terrestre car en modifiant son profil, il perturbe la propagation des ondes radio et donc les communications et la distribution d'énergie
-le chauffage de l'atmosphère et sa densité (à haute altitude)
-la chimie des couches de la haute atmosphère et la résistance de la couche d'ozone aux agressions qu'elle subit.
Mais il n'est toujours pas admis qu'un cycle solaire seul ait une influence quelconque sur le climat et la météorologie terrestre, ni d'une manière générale sur les basses couches de l'atmosphère.
B) La magnétosphère :
Notre planète est entourée d'un champ magnétique qui s'étend sur des milliers de kilomètres dans l'espace, formant la magnétosphère. On explique généralement qu'il est produit dans le noyau externe, un gigantesque océan de fer liquide situé entre 2 900 et 5 100 kilomètres sous nos pieds, selon le schéma suivant : à mesure que cet océan refroidit, il se cristallise en un corps solide au centre de la Terre, la graine. Les hétérogénéités chimiques et thermiques créées par ce processus génèrent alors des différences de densité qui provoquent des mouvements intenses de convection. Ce sont ces mouvements qui seraient à l'origine du champ magnétique. L'écoulement du fluide métallique, bon conducteur de l'électricité, à travers un champ magnétique induit en effet des courants électriques qui, à leurs tours, créent un champ magnétique. La magnétosphère est l'ensemble des lignes de champ magnétique terrestre situées au-delà de l'ionosphère, au dessus de 800 à 1000 km d'altitude.
A cause de son champ magnétique, la Terre peut être considérée très approximativement comme un aimant droit, un dipôle. Le point central de cet aimant n'est pas
exactement au centre de la Terre, il s'en trouve à quelques centaines de kilomètres.
Structure de la magnétosphère :
La ceinture de radiations de Van Allen est une zone toroïdale de la magnétosphère terrestre entourant l'équateur magnétique et contenant une grande densité de particules énergétiques. La rencontre de ces particules avec les molécules de la haute atmosphère terrestre est à l'origine des aurores polaires. On peut, considérer qu'elle est constituée de deux zones distinctes appelées «ceinture intérieure» et «ceinture extérieure».La première, située entre 700km et 10000km d'altitude, est constituée principalement de protons à haute énergie provenant du vent solaire et du rayonnement cosmique, piégés par le champ magnétique terrestre. La ceinture extérieure, plus large, se déploie entre 13000km et 65000km d'altitude; elle est constituée d'électrons également à haute énergie. Les particules des deux ceintures se déplacent en permanence à grande vitesse entre les parties nord et sud de la magnétosphère.
L'atmosphère est divisée en plusieurs couches d'importance variable : leurs limites ont été fixées selon les discontinuités dans les variations de la température, en fonction de l'altitude. De bas en haut :
La ionosphère :
La ionosphère est une région de l'atmosphère terrestre située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est-à-dire entre 60 et 800 km d'altitude. Elle est constitué de gaz fortement ionisé, étant donné que dans cette région de l'atmosphère, les photons solaires et les particules à haute énergie du vent solaire rentrent en collision avec les molécules présentes, et leur arrachent ainsi des électrons. C’est la partie qui nous intéressera pour pouvoir comprendre le déroulement d’une aurore polaire.
Les particules chargées provenant du vent solaire pénètrent dans l’atmosphère au niveau des pôles car elles sont attirées du fait de leur charge. Lorsque les particules du vent solaire pénètrent dans l’atmosphère et plus majoritairement dans la ionosphère (entre 70 km et 750 km d’altitude), elles entrent en collision avec les composants de celle-ci. Lors de cette collision les particules solaires cèdent de l’énergie aux différents atomes qui composent l’atmosphère ce qui les rend dans un état « excité et ionisé ». Cet état excité est très court et ne dure que quelques millionièmes de secondes. Pour retrouver un état normal ces atomes excités vont émettre une lumière. Cette désexcitation par l’émission d’une lumière est à l’origine des spectres de lumières émis lors des aurores polaires.
Les conséquences
et les avantages d'une aurore polaire 