B. Différentes Couleurs
Les émissions lumineuses aurorales proviennent de la désexcitation des atomes des gaz de la haute atmosphère. Il y a alors émission de photons. Pour comprendre pourquoi certaines aurores sont invisibles et pourquoi les couleurs varient d’une aurore à l’autre, il faut donc s’intéresser au spectre lumineux.
Le prisme est un instrument d’optique dispersif: il permet de dévier mais surtout de décomposer la lumière blanche. On peut ainsi obtenir sur un écran un spectre, montrant la décomposition de la lumière blanche par le prisme. Les différentes lumières colorées composant la lumière blanche sont appelées des radiations. A chaque radiation est associée une longueur d’onde précise, qui s’exprime en nanomètre. Les radiations visibles sont comprises entre environ 400 et 800 nm, mais il existe également des radiations ultraviolettes (<400nm) et des radiations infrarouges (>800nm), qui sont invisibles à l’œil nue pour l’Homme.
Le prisme est un instrument d’optique dispersif: il permet de dévier mais surtout de décomposer la lumière blanche. On peut ainsi obtenir sur un écran un spectre, montrant la décomposition de la lumière blanche par le prisme. Les différentes lumières colorées composant la lumière blanche sont appelées des radiations. A chaque radiation est associée une longueur d’onde précise, qui s’exprime en nanomètre. Les radiations visibles sont comprises entre environ 400 et 800 nm, mais il existe également des radiations ultraviolettes (<400nm) et des radiations infrarouges (>800nm), qui sont invisibles à l’œil nue pour l’Homme.
Nous avons vu précédemment que les particules excitées ou ionisées retournent à leur état fondamental en restituant l'énergie acquise par le choc sous forme de photons, dans des longueurs d'onde caractéristiques de l'atome considéré. Les principaux facteurs ayant de l’importance pour la couleur des aurores sont :
- l’énergie fournie lors des collisions. En effet, ces collisions vont causer des excitations ou ionisations plus ou moins importantes, et donc influencer la quantité d’énergie libérée.
- l’altitude dans l’ionosphère, puisque la concentration et la composition des gaz pouvant être excités ou ionisés changent suivant l’altitude. Les émissions aurorales se font dans l’invisible (ultraviolet) et dans le visible. Elles ont généralement lieu entre environ 90 et 300 km d’altitude, mais elles peuvent se dérouler de 60 km jusqu’à 1000 km d’altitude selon l’activité solaire. Le diazote et le dioxygène, représentant respectivement 79% et 20% de la composition de l’atmosphère, ils vont réaliser les principales émissions visibles. La couleur de ces émissions est donc dominée par les bandes moléculaires et les raies atomiques de l’azote, de l’oxygène et de leurs ions.
- l’énergie fournie lors des collisions. En effet, ces collisions vont causer des excitations ou ionisations plus ou moins importantes, et donc influencer la quantité d’énergie libérée.
- l’altitude dans l’ionosphère, puisque la concentration et la composition des gaz pouvant être excités ou ionisés changent suivant l’altitude. Les émissions aurorales se font dans l’invisible (ultraviolet) et dans le visible. Elles ont généralement lieu entre environ 90 et 300 km d’altitude, mais elles peuvent se dérouler de 60 km jusqu’à 1000 km d’altitude selon l’activité solaire. Le diazote et le dioxygène, représentant respectivement 79% et 20% de la composition de l’atmosphère, ils vont réaliser les principales émissions visibles. La couleur de ces émissions est donc dominée par les bandes moléculaires et les raies atomiques de l’azote, de l’oxygène et de leurs ions.
- En dessous de 100 km d’altitude: le diazote prédomine, l’émission est rouge sombre entre 650 et 680 nm, parfois bleue s’il s’agit de diazote ionisé.
- Entre 100 et 200 km d’altitude : les électrons frappent des molécules de diazote, qui vont ainsi s’ioniser (donner l’ion N2+) et émettre une lumière bleu-violette à une longueur d’onde de 391,4 et de 427,8 nm. Elles émettent aussi un électron secondaire qui pourra exciter un atome d’oxygène, qui émettra lui-même une lumière verte à 557,7 nm pour retourner à l’état stable.
- A 200-300 km d’altitude: l’atome d’oxygène excité émet à une longueur d’onde de 630,0 et 636,4 nm, ce qui donne une couleur rouge à l’aurore.