AURORE POLAIRE

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Spectres et mécanismes d'émissions

Pour l'essentiel, les émissions lumineuses aurorales proviennent de la désexcitation des composants neutres et ionisés de la haute atmosphère dont l'état excité, et éventuellement ionisé, résulte de l'impact d'une particule énergique ou d'une réaction chimique telle qu'une recombinaison radiative :

ou dissociative :
Ce sont surtout les électrons primaires incidents, d'énergie comprises entre une centaine d'électronvolts (eV) et quelques centaines de kiloélectronvolts, et les électrons secondaires d'énergie inférieure à 50 électronvolts, créés lors des collisions successives des électrons primaires avec les constituants neutres, qui sont à l'origine des processus d'excitation et d'ionisation. Le spectre de ces émissions traduit donc la composition de l'atmosphère dans la gamme d'altitude affectée par ces particules énergiques, c'est-à-dire de 90 à 300 kilomètres environ. Il est dominé par les bandes moléculaires et les raies atomiques de l'azote et de l'oxygène ou de leurs ions. Parmi les raies atomiques les plus intenses, on trouve des raies interdites de l'oxygène atomique, d'une part à 557,7 nanomètres (raie verte), résultat de la transition du niveau d'énergie 1S au niveau 1D, d'autre part à 630,0-636,4 nanomètres (raie rouge), qui résulte de la transition du niveau 1D au niveau 3P. À basse altitude, c'est-à-dire de 90 à 180 kilomètres environ, la raie rouge de l'oxygène est faible, car le temps moyen de collision de O (1D) avec les composants de l'atmosphère neutre est très petit devant le temps moyen d'émission de la raie 630,0 nanomètres (110 s) : les atomes dans l'état 1D ont donc une probabilité beaucoup plus grande de céder leur énergie aux autres composants de l'atmosphère au cours d'une collision que de se désexciter seuls en émettant un photon ; c'est le phénomène bien connu de désactivation collisionnelle. Par contre, la décroissance exponentielle de la densité atmosphérique lorsque l'altitude augmente entraîne une diminution identique de la fréquence des collisions et, au-delà d'environ 200 kilomètres, cette désactivation perd rapidement de son importance. En outre l'énergie d'excitation du niveau 1D (1,96 eV) est nettement plus faible que celle du niveau 1S (4,17 eV) ; par suite, la probabilité d'excitation au niveau 1D est bien plus grande dans les conditions aurorales en raison du spectre en énergie des électrons secondaires de quelques électrons-volts à quelques dizaines d'électrons-volts qui assurent l'essentiel de l'excitation. Ces deux effets cumulés aboutissent à une intensification considérable de la raie rouge au-delà de 200 kilomètres qui devient alors largement majoritaire. Parmi les bandes moléculaires, la plus forte dans le visible est la première bande négative de l'ion N+2 (B2Σ u→ X2Σg+), avec une émission à 391,4 nanomètres dont l'intensité est comparable à celle de la raie verte de l'oxygène, et une émission plus faible à 427,8 nanomètres. Lorsque la partie supérieure des formes aurorales est éclairée par le Soleil, ce qui est le cas lors des longs crépuscules des hautes latitudes, l'intensité des émissions de N+2 , en particulier de celle à 391,4 nanomètres, est très fortement augmentée par diffusion fluorescente des photons solaires, dans une proportion de 1 à environ 100. Cela explique l'aspect déroutant de certaines aurores : au-dessus d'une région d'émission assez intense dans la raie verte (vers 100-120 km), se trouve une zone sombre surmontée par une zone de couleur violette. En effet, la diffusion fluorescente intensifie l'émission à 391,4 nanomètres et la fait passer au-dessus du seuil de visibilité dans la tranche d'altitude éclairée par le Soleil. Ce phénomène explique aussi l'observation des aurores depuis les basses latitudes. Les électrons ambiants de l'ionosphère ne deviennent efficaces que lorsque leur température est élevée, plus de 5 000 kelvins : c'est le cas pour les arcs rouges de moyenne latitude.

On trouve également dans le spectre auroral des émissions de l'hydrogène, les raies de la série de Balmer Hα (656,2 nm), Hβ (486,1 nm), Hγ (434,0 nm) dans le visible et Lyα (121,6 nm) dans l'ultraviolet, invisible depuis le sol. Ces raies sont dues aux protons énergiques qui précipitent en même temps que les électrons et qui sont excités lors de leurs collisions avec les composants de l'atmosphère neutre. La raie Hα, la plus intense de la série de Balmer [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 9 pages

Médias de l’article

Aurore polaire

Aurore polaire
Crédits : George Lepp/ Getty Images

photographie

Aurore polaire : principe de formation

Aurore polaire : principe de formation
Crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

vidéo

Aurore boréale

Aurore boréale
Crédits : J. A. Davis/ Shutterstock

photographie

Aurores polaires : classes d'intensité

Aurores polaires : classes d'intensité
Crédits : Encyclopædia Universalis France

tableau

Afficher les 4 médias de l'article


Écrit par :

Classification

Autres références

«  AURORE POLAIRE  » est également traité dans :

CELSIUS ANDERS (1701-1744)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 734 mots

Anders Celsius est un astronome et physicien suédois qui a donné son nom à une unité de température. Né à Uppsala le 27 novembre 1701, il est le petit-fils des mathématiciens et astronomes Magnus Celsius (1621-1679) et Anders Spole (1630-1699). Comme ses deux grands-pères et son père Nils Celsius l’avaient été avant lui, il est nommé professeur d’astronomie à l’université d’Uppsala en 1730 après […] Lire la suite

MAGNÉTOSPHÈRES

  • Écrit par 
  • Michel PETIT
  •  • 4 680 mots
  •  • 10 médias

On a initialement donné le nom de magnétosphère aux régions les plus éloignées de la surface du globe. On voulait ainsi traduire l'influence prédominante du champ magnétique terrestre sur le comportement du milieu qui ne contient pratiquement plus de particules électriquement neutres ; le rayonnement ultraviolet du Soleil brise ces dernières en composantes porteuses de charges électriques : les é […] Lire la suite

MÉTÉORES

  • Écrit par 
  • Jean-Pierre CHALON
  •  • 6 616 mots
  •  • 18 médias

Dans le chapitre « L’aurore polaire  »  : […] L’aurore polaire est un phénomène lumineux de la haute atmosphère, qui apparaît sous forme d'arcs, de bandes, de draperies ou de rideaux . Elle est due à la présence de particules chargées d'électricité, émises par le Soleil au cours des éruptions solaires, et agissant sur les gaz raréfiés de la très haute atmosphère. Ces particules sont canalisées par le champ magnétique terrestre, c'est la raiso […] Lire la suite

URANUS, planète

  • Écrit par 
  • André BRAHIC
  •  • 4 685 mots
  •  • 17 médias

Dans le chapitre « La planète »  : […] Les images d'Uranus révèlent la présence de nuages, de bandes parallèles à l'équateur et de couches de brume. En particulier, le pôle qui fait actuellement face au Soleil est couvert d'une calotte de brume. Le mouvement des nuages a permis de mesurer la période de rotation de l' atmosphère d'Uranus. L'atmosphère d'Uranus tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre et plus rapidement que l'i […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean-Jacques BERTHELIER, « AURORE POLAIRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/aurore-polaire/