L’astronaute de l’ESA Thomas Pesquet a capturé une vue étonnante d’une aurore pendant une pleine lune en septembre 2021.
Thomas Pesquet/ESA
Le 23 mars, la NASA prévoit d’envoyer deux fusées à plus de cent milles au-dessus de la Terre, chacune parfaitement synchronisée pour percer l’une des œuvres d’art les plus extraordinaires de la nature : les aurores boréales, également connues sous le nom d’aurores boréales.
Bien que nous en sachions beaucoup sur les spectacles de lumière comme ceux-ci, tels que leur luminescence vert fluo caractéristique et leur abondance près des pôles, il y a encore quelques lacunes dans nos connaissances.
Plus précisément, les scientifiques ne savent pas exactement comment les aurores interagissent avec l’atmosphère naturelle de la Terre, ce que l’initiative à venir de l’agence – surnommée le couplage ion-neutre pendant la mission Active Aurora, ou INCAA – vise à décoder.
Ce que nous ne savons pas sur les aurores boréales
Pensez à l’atmosphère de notre planète en couches, un peu comme un gâteau. Nous sommes dans la couche la plus basse.
Ici-bas, des éléments comme l’oxygène et l’azote sont équilibrés, respirables et retiennent régulièrement les électrons en orbite atomique. C’est ce qu’on appelle l’atmosphère de gaz neutre.
Au fur et à mesure que nous montons à travers les couches, les choses changent.
Les couches supérieures de notre atmosphère sont exposées aux rayons du soleil d’une manière que nous ne sommes pas, et ces rayons modifient la composition des atomes à proximité. Ils arrachent des électrons, qui ont normalement une charge négative, de leurs orbites et les transforment en particules positives. En fait, cet environnement est si différent de l’atmosphère de gaz neutre qu’il n’est même plus considéré comme un gaz. C’est un quatrième état de la matière, connu sous le nom de plasma.
Et l’existence de ces deux types d’atmosphères signifie qu’il y a un passage de l’un à l’autre. La frontière n’est pas claire, mais elle est définitivement là. Et quand les aurores se forment, elles changent les choses encore plus.
En bref, les aurores se produisent lorsque le soleil crache un tas d’électrons chargés, à partir de son propre corps semblable à un océan de plasma, lors d’un événement appelé éjection de masse coronale. Ces électrons sont parfois capturés dans l’atmosphère terrestre, interagissent avec d’autres particules et, ensemble, créent une incroyable illumination colorée. Mais voici ce que nous ne savons pas.
Que font ces particules d’aurore à l’espace de notre atmosphère où le gaz neutre rencontre le plasma ? Que se passe-t-il autour de la frontière ? Selon l’équipe de l’INCAA, les aurores pourraient faire baisser, remonter ou même replier la région frontalière sur elle-même.
« Tous ces facteurs en font un problème de physique intéressant à examiner », a déclaré Stephen Kaeppler, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université Clemson en Caroline du Sud et chercheur principal de la mission INCAA, dans un communiqué.
Entrer dans les aurores boréales
Kaeppler et le reste de l’équipe de la mission INCAA enverront deux charges utiles de recherche depuis une rampe de lancement à Poker Flat, en Alaska. Chacune sera attachée à deux fusées distinctes appelées fusées-sondes, directement dans une aurore active. Ces vaisseaux sont de petits lanceurs qui planent dans l’espace pendant quelques minutes, puis retombent sur Terre. Lors de la descente, cependant, les charges utiles auront atteint des seaux d’informations précieuses sur les aurores.
La fusée 1, selon l’équipe, libérera des traceurs de vapeur – similaires aux produits chimiques colorés utilisés dans les feux d’artifice – pour suivre la façon dont les vents près de l’aurore se déplacent. C’est comme mourir l’air pour le voir bouger. Ensuite, la deuxième fusée mesurera la température et la densité du plasma dans le voisinage de l’aurore.
Dans quelques jours, nous pourrons peut-être éliminer un autre problème de la liste interminable de puzzles de physique.