Une nouvelle analyse confirme l’hypothèse de la source de mystérieuses «dunes» aurorales

Il y a plusieurs années, des astronomes amateurs ont repéré pour la première fois un type rare d’aurore surnommé «les dunes» en raison de ses vagues lumineuses et ondulantes. L’année dernière, les astronomes ont proposé un mécanisme sous-jacent possible – une augmentation de la densité des atomes d’oxygène – bien que la théorie soit certes spéculative. Maintenant, une nouvelle analyse par des chercheurs de l’Université d’Helsinki fournit des preuves pour confirmer cette explication, selon un article récent publié dans la revue AGU Advances.

La plupart des gens ont une familiarité passagère avec le phénomène atmosphérique connu sous le nom de aurores boréales, alias les aurores boréales (ou les aurores boréales si elles apparaissent dans l’hémisphère sud). Les effets kaléidoscopiques spectaculaires sont le résultat de particules chargées du Soleil déversées dans la magnétosphère terrestre, où elles entrent en collision avec des molécules d’oxygène et d’azote – une interaction qui excite ces molécules et les fait briller. Les aurores sont généralement présentes sous forme de rubans chatoyants dans le ciel, avec des teintes vertes, violettes, bleues et jaunes. Les lumières ont tendance à être visibles uniquement dans les régions polaires, car les particules suivent les lignes de champ magnétique terrestre, qui se déploient à proximité des pôles.

Les découvertes de nouveaux types possibles d’aurores sont rares. En 2016, les passionnés ont observé un autre type d’aurore visible à des latitudes plus méridionales. L’aurore ressemblait à un ruban de lumière rose ou mauve, parfois avec des colonnes de «palissade» de lumière verte passant à travers le ruban.

Le phénomène a valu le surnom de STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement), mais les astronomes ont depuis déterminé qu’il ne s’agissait pas d’une véritable aurore après tout. (Le nom a été inspiré par la comédie animée de 2006 Au-dessus de la limite.) Le STEVE est plutôt causé par des émissions atmosphériques chaudes – des particules chargées s’échauffant dans l’ionosphère. STEVE n’a pas les spectres distincts associés aux aurores régulières, ce qui le place dans une catégorie unique. L’affichage de la clôture de piquetage, cependant, est considéré comme un type inhabituel d’aurore car il est causé par une précipitation d’électrons dans l’atmosphère; il a également été observé seul, sans STEVE.

Les astronomes pensent que les dunes sont de véritables aurores boréales. Des astronomes amateurs en Finlande, en Norvège et en Écosse ont repéré les dunes en octobre 2015 et à nouveau le 20 janvier 2016, tous deux à une altitude d’environ 100 kilomètres (62 miles), c’est-à-dire dans la haute mésosphère de la Terre, située au-dessus de la stratosphère et en dessous. la thermosphère. Le spectacle de lumière de janvier a duré près de quatre heures sur une vaste étendue, laissant aux chercheurs suffisamment de temps pour documenter le phénomène avec des photographies.

L’année dernière, des scientifiques du Centre d’excellence en recherche sur l’espace durable ont proposé un mécanisme sous-jacent possible pour les dunes aurorales: une augmentation de la densité des atomes d’oxygène atmosphérique, peut-être en raison d’un phénomène de vague atmosphérique connu sous le nom de forage mésosphérique. Le forage est similaire aux mascarets qui ont été observés dans certaines rivières, et cela se produit lorsque des vagues d’atomes d’oxygène interagissent avec le vent solaire, ce qui fait briller les atomes. Si un tube mésosphérique se déplaçait horizontalement dans un guide d’ondes dans la haute atmosphère, cela provoquerait une augmentation des concentrations d’oxygène atmosphérique et produirait des émissions aurorales semblables à des dunes. Ce guide d’ondes se formerait entre la limite de la mésosphère et une couche d’inversion d’air en dessous, laissant des ondes de certaines longueurs d’onde se déplacer sur de longues distances à travers elle.

En d’autres termes, l’aurore éclaire une onde déjà présente dans l’atmosphère. Cette dernière étude, qui examine la précipitation électronique et les données d’observation de la température, soutient cette hypothèse. Pour leur analyse, les chercheurs ont combiné des données d’observation des satellites avec du matériel photographique et vidéo fourni par les amateurs qui ont observé les dunes en janvier 2016.

Les chercheurs ont découvert que dans la nuit du 20 janvier 2016 – alors que les dunes étaient en pleine force – il y avait des précipitations d’électrons dans la région, ce qui rendait très probable qu’il y aurait suffisamment d’électrons énergétiques dans l’atmosphère pour provoquer des émissions aurorales. Il y avait aussi une forte couche d’inversion de température dans la mésosphère – conditions idéales pour la formation du guide d’ondes nécessaire, résultant en une densité accrue d’atomes d’oxygène. De plus, une vidéo time-lapse tournée au cours de cette nuit a permis aux chercheurs d’estimer une vitesse de propagation de plus de 22 m / s pour les dunes, ce qui “suggère la présence de forts vents horizontaux dans la haute atmosphère”, selon les auteurs. a écrit.

Cependant, il n’y a pas encore de données d’observation directe pour le tube mésosphérique dans le guide d’ondes. L’obtention de ces données sera la prochaine étape de cette recherche en cours. Bien que nous n’ayons toujours pas de réponse définitive sur la nature exacte des dunes, cette dernière étude fournit de solides preuves d’observation à l’appui de l’hypothèse de travail. Et cela témoigne de la puissance analytique de la combinaison de données satellitaires avec les observations enregistrées de citoyens scientifiques.

DOI: AGU Advances, 2021. 10.1029 / 2020AV000338 (À propos des DOI).

Image de l’annonce par Graeme Whipps