Lorsque de mystérieuses bandes lumineuses de vert ont illuminé le ciel finlandais en 2018, elles n'ont pas passé inaperçues auprès des avides chasseurs d'aurores. Le motif de la lumière était inconnu et étrangement parfait, s'étendant vers l'horizon comme un ensemble de dunes de sable célestes.
Effectivement, le spectacle de lumière surnommé par les citoyens scientifiques comme "les dunes" s'est avéré être un nouveau type d'aurore. Cette aurore est formée par la danse dramatique des ondes de gravité et des atomes d'oxygène, selon de nouvelles découvertes publiées aujourd'hui (29 janvier) dans la revue AGU Advances.
Le chemin de la découverte a commencé il y a des années lorsqu'un groupe de passionnés d'aurores a envoyé un courriel à Minna Palmroth, professeur de physique spatiale computationnelle à l'Université d'Helsinki, lui demandant de rejoindre leur groupe Facebook. Le but? Demandez à Palmroth d'expliquer la physique derrière les aurores qu'ils photographiaient.
Palmroth était heureux de le faire. Après un certain temps, elle a réalisé que ses réponses devenaient répétitives - elle a donc continué à publier un guide aurora. Mais en octobre 2018, les chasseurs d'aurores sont revenus vers elle avec des images d'une aurore déroutante.
«Ensuite, j'ai réalisé que oh non… je n'en avais jamais vu auparavant», a déclaré Palmroth à Live Science. À première vue, ces rayures semblaient être le résultat d'ondes de gravité ou de perturbations de densité dans la haute atmosphère. La haute atmosphère est striée de nombreuses ondes de gravité différentes qui s'exécutent dans différentes directions et sont de fréquences et de tailles différentes. Mais cette explication ne semblait pas possible, car les vagues étaient si uniformément réparties.
Palmroth et son équipe ont donc organisé une campagne pour la soirée du 7 octobre, rassemblant des scientifiques et des citoyens de toute la Finlande pour photographier les dunes. En analysant ces photographies, l'équipe a commencé à comprendre la physique derrière le phénomène.
Ce n'est pas la première fois que les chasseurs d'aurores ont identifié un nouveau phénomène céleste; des citoyens citoyens ont également découvert la lueur du ciel affectueusement surnommée STEVE en 2018.
"Les collaborations avec des scientifiques citoyens deviennent de plus en plus importantes car elles peuvent devenir des" capteurs mobiles "qui chassent facilement des aurores intéressantes et capturent de nouvelles fonctionnalités que les scientifiques n'avaient pas remarquées auparavant", a déclaré Toshi Nishimura, professeur agrégé de recherche en génie électrique et informatique à Boston. Centre universitaire de physique spatiale, qui ne faisait pas partie de l'étude.
Ondes de gravité invisibles
Les aurores se produisent lorsque le soleil projette des particules chargées vers notre planète. Ces particules se déplacent le long des lignes de champ magnétique aux pôles de notre planète et pénètrent dans les atomes et les molécules de notre atmosphère, provoquant l'émission de lumière par ces molécules. Ces superbes jeux de lumière peuvent prendre différentes formes et couleurs; l'oxygène brille en vert et rouge tandis que l'azote brille en bleu et violet, selon la NASA. Les astronomes utilisent également la forme des aurores pour apprendre ce qui se passe dans la haute atmosphère où ils se forment.
Alors que la plupart des aurores s'étendent verticalement, les dunes s'étendent horizontalement vers l'équateur en vagues ondulantes. Personne n'avait auparavant observé une telle structure ondulatoire dans une aurore, a déclaré Palmroth.
Les scientifiques théorisent que les dunes illuminent un type d'onde de gravité atmosphérique rare appelé alésages mésosphériques. Ces alésages mésosphériques se produisent lorsqu'une onde de gravité qui monte dans l'atmosphère devient courbée et prise en sandwich entre deux couches relativement plus froides de l'atmosphère - la couche d'inversion, haute de 80 kilomètres et la mésopause, haute de 100 kilomètres .
Dans ce canal, les ondes se propagent horizontalement et sur de longues distances sans s'affaisser, créant des plis alternés qui sont soit enrichis en oxygène, soit appauvris en oxygène. Lorsque les électrons du soleil affluent, les plis avec des niveaux d'oxygène plus élevés s'éclairent plus que les endroits manquant d'oxygène, créant les rayures caractéristiques.
"Il s'agit d'une observation très intéressante", a déclaré Steven Miller, directeur adjoint du Cooperative Institute for Research in the Atmosphere de la Colorado State University, qui ne faisait pas partie de l'étude. "Ma première réaction en voyant les images a été que ce pourraient être des ondes de gravité atmosphérique qui sont 'mises en évidence' par l'activité aurorale - il semble que ce soit également l'hypothèse des auteurs."
Les alésages mésosphériques peuvent expliquer les motifs observés dans les dunes, mais "je présume que les" dunes "sont en fait un sous-ensemble d'une région beaucoup plus répandue d'ondes de gravité atmosphérique qui se trouve être mise en évidence par l'aurore", a déclaré Miller à Live Science.
En utilisant des étoiles sur les photos comme points de référence, l'équipe a pu calculer l'altitude des dunes à environ 100 km de haut, ce qui est typique des aurores. Mais cette région de l'atmosphère mal étudiée est trop haute pour être mesurée avec des radars et des ballons, et trop basse pour envoyer des vaisseaux spatiaux sans qu'ils ne brûlent. C'est ce qu'on appelle parfois «l'ignorance», a déclaré Palmroth.
"C'est la première fois que ces ondes de gravité sont observées", a déclaré Palmroth. "En général, les alésages sont un phénomène plutôt rare." Mais l'observation des dunes pourrait en révéler plus sur les trous, a déclaré Palmroth.
Par exemple, les scientifiques ont découvert que les dunes se produisent en même temps et dans la même région où l'énergie électromagnétique de l'espace se transfère vers la haute atmosphère, ce que Palmroth soupçonne d'être liée à la création des alésages mésosphériques de la couche d'inversion. "Nous voulons voir si cela est vraiment vrai", a-t-elle déclaré.
