mercredi 29 janvier 2020

Observation d'un nouveau type d'aurores boréales


Les aurores boréales peuvent prendre des formes diverses, elles apparaissent souvent comme des sortes de rideaux de lumière ondulants de teinte verte, mauve ou rouge. Mais le 7 octobre 2018, des chasseurs d'aurore amateurs ont découvert en Finlande un nouveau type d'aurore qu'ils ont appelé des "dunes". Aujourd'hui des spécialistes, avec l'aide de ces amateurs, parviennent à donner une explication à ces étonnantes aurores. Une étude publiée dans American Geophysical Union Advances



Les "dunes" sont apparues comme des fins rubans dans le ciel, s'étendant à l'horizontale sur plusieurs centaines de kilomètres, en direction de l'horizon. Les aurores "normales" ressemblent plus à de grands rideaux orientés verticalement, comme tombant vers le sol. 
Minna Palmroth (Université d'Helsinki) et ses collaborateurs finlandais ont travaillé avec les quatre photographes amateurs d'aurores qui avaient été témoins de ces étranges formes. Ils ont déterminé quelle était l'altitude des "dunes", ce qui les a mené vers un modèle de formation. Les chercheurs finlandais estiment que les formes atypiques observées sont dues à des ondulations de l'air atmosphérique, des "ondes atmosphériques". La zone de l'atmosphère dont il est question ici se situe entre 80 et 120 km d'altitude, elle est directement sujette à la fois aux variations de l'énergie rayonnée du Soleil et de la basse atmosphère terrestre. Ces fluctuations énergétiques peuvent par ailleurs affecter la trajectoire de certains satellites ou la rentrée de vaisseaux spatiaux. C'est la première fois que les ondes atmosphériques sont observées, indirectement, via les aurores. 
Minna Palmroth était connue en Finlande pour avoir écrit un guide d'observation des aurores pour les amateurs, où elle y décrit les différentes formes qu'elles peuvent prendre et les processus physiques qui en sont la cause. Mais un groupe d'amateurs l'a contacté en octobre 2018 pour lui faire remarquer qu'elle avait oublié de mentionner une forme particulière dans son livre. Palmroth comprit assez vite à la vision des photos qu'ils tenaient là une toute nouvelle forme d'aurore boréale, jamais imagée auparavant.
Des photos prises à différents endroits de Finlande ont permis de calculer l'altitude à laquelle les dunes apparaissaient. Les physiciens ont trouvé qu'elles se formaient en une fine couche située à 100 km d'altitude. Cette zone de l'atmosphère est très mal étudiée in situ car trop haute pour les ballons stratosphériques (et a fortiori les avions), et trop basse pour les satellites. 
Les ondulations atmosphériques qui sont responsables des dunes sont provoquées par des différences de température et de densité. Elles se propagent à travers l'atmosphère comme des vibrations horizontales sur de longues distances d'après les chercheurs.
Et Palmroth et ses collaborateurs ont réussi à mettre en évidence un lien entre les dunes (leur localisation spatiale et temporelle) et l'injection depuis l'espace d'énergie électromagnétique dans la haute atmosphère. Ils pensent que les ondes atmosphériques, qu'ils appellent aussi plus scientifiquement des "trous mésosphériques" pourraient être produites par effet Joule : l'échauffement de l'air par le courant électrique des particules chargées du rayonnement cosmique traversant la haute atmosphère.
Ce sont ces mêmes particules qui sont aussi responsables de l'ionisation des atomes d'azote et d'oxygène qui va finalement créer les aurores après réarrangement des électrons dans les atomes, produisant cette lumière singulière...
Cette belle collaboration entre citoyens passionnés et scientifiques aura permis de comprendre l'origine d'un phénomène atmosphérique très mal étudié, et en s'en mettant plein les yeux.


Source

Citizen scientists discover a new auroral form: Dunes provide insight into the upper atmosphere
Minna Palmroth et al.
AGU Advances, 1 (january 2020)


Illustration

Des dunes (traits parallèles à gauche) photographiées le 7 Octobre 2018 près de Ruovesi, Finlande (Credit: Rami Valonen)