Une aurore polaire (également appelée aurore boréale dans l'hémisphère nord et aurore australe dans l'hémisphère sud1) est un phénomène lumineux caractérisé par des voiles extrêmement colorés dans le ciel nocturne, le vert étant prédominant.
Provoquées par l'interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère, les aurores se produisent principalement dans les régions proches des pôles magnétiques, dans une zone annulaire justement appelée « zone aurorale » (entre 65 et 75° de latitude)2. En cas d'activité magnétique solaire intense, l'arc auroral s'étend et commence à envahir des zones beaucoup plus proches de l'équateur. L'aurore polaire due à l'éruption solaire de 1859 est « descendue » jusqu'à Honolulu et jusqu'à Singapour en septembre 1909 atteignant ainsi le dixième degré de latitude sud3. En octobre et novembre 2003, une aurore boréale a pu être observée dans le sud de l'Europe4. Un phénomène d'ampleur exceptionnelle s'est produit le 24 octobre 2014, visible en Amérique du Nord et en Europe du Nord5. Les régions les plus concernées par ce phénomène restent le Groenland, l'Alaska, l'Antarctique, le nord du Canada, l'Islande, la Norvège, la Suède, la Finlande, ainsi que dans les îles Shetlands au nord du Royaume-Uni.
Lors d'un orage magnétique faisant suite à une éruption solaire ou un sursaut solaire important13, un afflux de particules chargées, éjectées par le Soleil, entre en collision avec le bouclier que constitue la magnétosphère. Des particules électrisées à haute énergie peuvent alors être captées et canalisées par les lignes du champ magnétique terrestre du côté nuit de la magnétosphère (la queue) et aboutir dans une zone appelée ovale auroral. Ces particules, — électrons, protons et ions positifs —, excitent ou ionisent les atomes de la haute atmosphère, l'ionosphère14. L'atome excité ne peut rester dans cet état, et un électron change alors de couche, libérant au passage un peu d'énergie, en émettant un photon (particule élémentaire constitutive de la lumière visible). Comme la nature des espèces composant l'atmosphère (oxygène, hydrogène, azote, etc.) dépend de l'altitude, ceci explique en partie les variations de teintes des nuages, draperies, rideaux, arcs, rayons... qui se déploient dans le ciel à des altitudes comprises entre 80 et 1 000 km. L'ionisation résultant de cet afflux de particules provoque la formation de nuages ionisés réfléchissant les ondes radio.
C'est en juillet 2008 qu'une explication cohérente de ce phénomène a été fournie par la NASA grâce à la mission américaine THEMIS. Les scientifiques ont en effet localisé la source de ces phénomènes dans des explosions d'énergie magnétique se produisant à un tiers de la distance qui sépare la Terre de la Lune. Ils sont ainsi provoqués par des « reconnexions » entre les « cordes magnétiques géantes » reliant la Terre au Soleil qui stockent l'énergie des vents solaires.
Les aurores polaires ne sont pas un phénomène spécifique à la Terre. Il est possible d'en trouver sur n'importe quelle planète possédant un champ magnétique. Elles sont observables, entre autres, grâce aux photographies prises en ultraviolet par le télescope Hubble20.
Les aurores polaires vues sur les planètes autres que la Terre peuvent être générées par d’autres phénomènes physiques que ceux provoquant les aurores terrestres. Sur Jupiter, par exemple, l'ovale auroral principal est une conséquence de la « rupture de co-rotation » du plasma : le champ magnétique de la planète entraîne normalement le plasma avec lui, mais, à partir d'une certaine distance, la vitesse à communiquer au plasma devient trop grande et celui-ci ne suit plus. Cela crée un courant électrique à l'origine de l'ovale auroral.
Sur Jupiter, les satellites de la planète créent un courant électrique en se déplaçant par rapport au champ magnétique (même phénomène que pour une dynamo). Ces courants créent des « spots auroraux », vus pour la première fois en infrarouge21, puis en UV22. On peut voir ces spots sur l'image ci-contre, en dehors de l'ovale principal : le spot le plus brillant correspond à Io (à gauche), ceux de Europe et Ganymède sont visibles au premier plan.
Toujours sur Jupiter, un groupe de chercheurs du Laboratoire de physique atmosphérique et planétaire de l'ULg a observé des phénomènes auroraux sur la géante gazeuse par le biais du télescope Hubble23, dont en particulier ceux dus aux satellites Io, Europe et Ganymède. Leur travail révèle le détail des spots ultraviolets et permet une meilleure compréhension des phénomènes les engendrant.
Des aurores polaires ont également été photographiées par Hubble sur Saturne24 et d'autres par Mars Express sur la planète Mars grâce à l'instrument SPICAM25,26 (Mars ne possédant pas de champ magnétique global, ces aurores sont localisées dans des zones où subsistent un champ magnétique local27,28).
Des aurores polaires ont également été détectées sur Vénus, Uranus et Neptune29.
Le 21 janvier 2013, des chercheurs annoncent avoir très probablement détecté pour la première fois des aurores sur des exoplanètes, grâce au Low-Frequency Array radio telescope basé aux Pays-Bas30.
