Les aurores boréales sont l’un des sites les plus spectaculaires sur Terre, mais les astronomes sont tout aussi intéressés par la science qui les sous-tend.
Maintenant, la NASA a révélé son intention de faire voler deux fusées à travers eux, pour étudier comment notre planète échange de l’énergie avec l’espace qui l’entoure.
Les aurores boréales, également connues sous le nom d’aurores boréales, se produisent à la frontière entre l’atmosphère neutre qui enveloppe notre planète et la matière électriquement réactive connue sous le nom de plasma qui constitue l’espace.
Parfois, lorsque des particules chargées électriquement de l’espace se déversent dans notre atmosphère, elles entrent en collision avec les particules neutres et les embrasent, ce qui produit les belles vagues de lumière dansantes que nous voyons dans le ciel.
Cependant, les aurores agitent également la couche limite plus large, et c’est l’impact sur cette couche que la NASA espère étudier lors de sa prochaine mission INCAA (Ion-Neutral Coupling during Active Aurora).
Une animation conceptuelle montrant des électrons voyageant le long des lignes de champ magnétique de la Terre, entrant en collision avec des particules dans l’atmosphère terrestre pour déclencher l’aurore
«En tant qu’habitants de la troposphère, la couche atmosphérique la plus basse de la Terre, nous sommes habitués à un air composé de particules neutres. L’oxygène et l’azote que nous respirons sont des atomes et des molécules magnétiquement équilibrés avec tous leurs électrons pris en compte », explique la NASA.
«Mais à des centaines de kilomètres au-dessus de nous, notre air commence à changer fondamentalement de caractère. Stimulés par les rayons non filtrés du Soleil, les électrons sont extraits de leurs atomes, qui prennent alors une charge positive.
“Un gaz autrefois neutre se transforme en un état de matière électriquement réactif appelé plasma.”
Il n’y a pas de coupure brutale là où le gaz neutre se termine et le plasma commence ; à la place, il existe une couche limite étendue où les deux types de particules se mélangent.
Les vents quotidiens et les perturbations magnétiques envoient les particules voler dans différentes directions, les faisant parfois entrer en collision et libérer de l’énergie.
«La friction est une excellente analogie», 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.
«Nous savons tous que nous nous frottons les mains, vous allez avoir de la chaleur. C’est la même idée de base, sauf que nous avons plutôt affaire à des gaz maintenant.
Lorsque des aurores sont ajoutées au mélange, la quantité de friction augmente d’un cran, selon Kaeppler.
“C’est comme prendre d’assaut le terrain de football après un match universitaire”, a-t-il déclaré.
«Les gens en haut du stade courent vers le terrain et à mesure que vous vous rapprochez du terrain, la foule devient de plus en plus épaisse. Il en est ainsi pour les électrons face à la densité neutre croissante de la haute atmosphère.

Lorsque des particules chargées électriquement de l’espace se déversent dans notre atmosphère, elles entrent en collision avec des particules neutres et les embrasent, ce qui produit les belles vagues de lumière dansantes que nous voyons dans le ciel (stock image)
La mission INCAA consistera à envoyer deux petites “fusées-sondes” jusqu’aux confins de l’espace pendant que les aurores sont au-dessus.
Les fusées-sondes sont de petits lanceurs conçus pour monter dans l’espace pendant quelques minutes de mesures avant de retomber sur Terre, ce qui les rend parfaitement adaptées à l’étude de phénomènes brefs et transitoires comme les aurores boréales.
En montant, la première fusée libérera des “traceurs de vapeur” – des produits chimiques colorés similaires à ceux utilisés dans les feux d’artifice – avant d’atteindre son altitude maximale d’environ 186 miles.
Les traceurs de vapeur créent des nuages visibles que les chercheurs peuvent voir depuis le sol, traçant les vents dans l’atmosphère neutre, comme si on laissait tomber un colorant alimentaire dans un évier rempli d’eau pour voir comment l’eau se déplace.
La deuxième fusée sera lancée peu de temps après, atteignant environ 125 miles d’altitude pour mesurer la température et la densité du plasma dans et autour de l’aurore.
Kaeppler espère que ces données éclaireront la façon dont les aurores déplacent la couche limite où l’air électrifié rencontre le neutre – qu’il s’agisse de le pousser plus loin vers le sol, de l’élever plus haut ou de le replier sur lui-même.
«Tous ces facteurs en font un problème de physique intéressant à examiner», a déclaré Kaeppler.
La fenêtre de lancement de la mission INCAA s’ouvre au Poker Flat Research Range à Poker Flat, en Alaska, le 23 mars.
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