Faire la lumière sur les aurores

Les lueurs fantomatiques et les voiles de couleur qui caractérisent les aurores boréales ont fasciné des générations d'astronomes amateurs. Cependant, le mécanisme fondamental à la base de ces phénomènes reste - à ce jour - un mystère. Des scientifiques pensent avoir découvert un des déclencheurs des aurores, soit les spectaculaires rafales d'énergie qu'on appelle sous-orages.

Juste avant qu'une faible lueur terne se transforme en danse chatoyante de lumière colorée illuminant le ciel nocturne, d'étranges ondes de fines particules chargées semblent traverser des bandes d'aurores pancontinentales dans la haute atmosphère. Cette toute dernière percée a été réalisée par une équipe de scientifiques de l'Université de Calgary dans le cadre de la mission THEMIS. Dirigée par la NASA avec l'aide de l'Agence spatiale canadienne (ASC), THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) utilise 5 satellites et une flotte de 20 caméras spécialisées au sol disséminées un peu partout dans le Nord du Canada (16 d'entre elles sont gérées par l'Université de Calgary). La mission a pour but de découvrir les facteurs à l'origine des sous-orages qui prennent naissance dans le champ magnétique de la Terre, près des pôles Nord et Sud. En examinant simultanément les aurores et les particules chargées dans l'espace, les chercheurs acquièrent une connaissance unique des aurores boréales, et ce, avec un niveau de détail sans précédent.

Développement d'un sous-orage, à partir des particules chargées émises par le Soleil, qui se rendent jusqu'à la Terre et libèrent de l'énergie rapidement le long des lignes du champ magnétique de la Terre, entraînant ainsi une intensification des aurores.

Étant donné que ce spectacle lumineux céleste se produit dans la haute atmosphère, on pourrait penser qu'il ne s'agit pas d'un phénomène spatial. Mais il semble que les ondes énigmatiques qui sont à l'origine des aurores pourraient, en fait, être une manifestation visible d'interactions complexes qui se produisent entre notre Soleil et le champ magnétique de la Terre.

« Nous espérons que ces ondes vont d'emblée commencer à nous révéler le genre de choses qui se passent dans la queue de la magnétosphère de notre planète, à une distance comprise entre 80 000 et 100 000 kilomètres de la Terre », a déclaré Eric Donovan, chercheur principal canadien de la mission THEMIS et professeur d'astronomie à l'Université de Calgary. « Des choses qu'il nous est impossible de mesurer autrement dans cette région mystérieuse de l'espace. »

Les spectacles auroraux sont le résultat d'un flux de particules chargées, appelé vent solaire, qui provient de la surface du Soleil. Lorsqu'un nuage de ces particules percute la magnétosphère de la Terre, cette bulle qui protège notre planète contre les radiations, le nuage étire ce champ magnétique du côté de la face obscure de la Terre, formant ainsi une région appelée « queue de la magnétosphère ». Cette queue, en forme de goutte d'eau, agit comme un élastique : lorsqu'on l'étire trop, « elle finit par claquer et elle libère son énergie », explique la boursière postdoctorale et membre de l'équipe THEMIS Emma Spanswick de l'Université de Calgary.

Les aurores peuvent aussi être vues dans la haute atmosphère d'autres planètes de notre système solaire, comme celle-ci illuminant un pôle de Jupiter. (Photo : Télescope spatial Hubble)

Les aurores peuvent aussi être vues dans la haute atmosphère d'autres planètes de notre système solaire, comme celle-ci illuminant un pôle de Jupiter. (Source : Télescope spatial Hubble)

Pour la première fois, des chercheurs ont pu observer cette augmentation dans l'aurore sous la forme d'ondes qui précèdent le claquement.

« Nous sommes à présent en mesure d'examiner les structures de l'aurore et d'associer leur évolution dans le temps avec les processus qui ont lieu plus loin dans l'espace », ajoute M. Donovan.

Le vent solaire exerce une pression sur le champ magnétique de la Terre, ce qui remplit ce dernier d'énergie et l'étire jusqu'à ce qu'il ne puisse plus maintenir sa forme. Après environ une heure, le champ « claque » et reprend sa configuration normale en quelques secondes, ce qui libère beaucoup d'énergie. Selon M. Donovan et les membres de son équipe, ce serait là le processus qui excite les particules dans l'espace à proximité de la Terre. Ces particules courent alors le long des lignes du champ magnétique et entraînent la formation d'ondes. C'est à ce moment-là que se produit un changement dynamique dans l'aurore - un sous-orage magnétique - jusqu'à deux ou trois fois par jour.

« Nous pensons que ces ondes sont la trace laissée par un processus de plasma qui déclenche le claquement », avance Spanswick.

Une seule bande d'aurore a traversé le Canada en février 2008. (Source : L'Université de Calgary)

Ces mystérieuses ondes de tsunami cosmique semblent s'étendre sur 100 kilomètres de largeur et elles voyagent à une vitesse de plusieurs kilomètres à la seconde. Elles ondulent silencieusement sur des centaines - voire des milliers - de kilomètres à travers les arcs auroraux (ou bandes d'aurore) qui traversent le Canada d'est en ouest. En 2008, les 16 observatoires au sol ont créé une image instantanée historique d'une seule bande d'aurore qui traverse la majeure partie du pays.

« La découverte de ces ondes témoigne du fait que le milieu scientifique canadien a créé un outil de meilleure qualité et ayant une plus grande couverture spatiale que tout ce qui s'est fait auparavant dans le domaine », ajoute M. Donovan.

Eric Donovan est captivé par ce que la mission THEMIS pourrait révéler à son équipe. Il estime que l'exploration des giga-octets de données stockées et du flot d'images reçues nous permettra d'acquérir de nouvelles connaissances.

« À mon avis, ce n'est que la pointe de l'iceberg. L'examen des données que nous avons déjà accumulées nous permettra de découvrir bien des choses que nous n'avions jamais soupçonnées. »