La Formation d'une Aurore Polaire

Le soleil connaît beaucoup de fluctuations, on parle d’orages solaires ou d’éruptions. Dans cette situation, le soleil expulse de la matière sous forme de plasma, une matière chargée d’ions, de protons et d’électrons, que nous appelons le vent solaire. Les particules éjectées vont être piégées dans la ceinture de Van Allen en pénétrant dans la magnétosphère. On appelle orage magnétique l’arrivée des particules chargées dans la magnétosphère. Elles sont chassées vers la queue de la magnétosphère en passant par le manteau, région située dans cette zone. Elles sont ensuite précipitées dans la dernière couche atmosphérique, l’ionosphère. Lors de la descente vers l’atmosphère, les particules du vent solaire ont gagné de la vitesse dans les « entonnoirs polaires » ou cornets polaires. Elles pénètrent alors dans l’atmosphère à très grande vitesse et percutent violemment les molécules et les atomes de la haute atmosphère. L’atome bousculé se voit apporter une certaine quantité d’énergie : c’est l’excitation.

L’atome percuté devient instable, il va alors rendre une partie ou la totalité de cette énergie en émettant un photon afin de redevenir stable : c’est la désexcitation. Le photon est une particule élémentaire qui constitue la lumière. Il transporte une petite quantité d’énergie dont dépend sa longueur d’onde.

Ainsi, le photon renvoyé émet de la lumière : c’est l’aurore polaire.

 

 

 

 

Expérience : Produire une aurore polaire

Matériel & Protocole :

_Un tube à pinceau circulaire d’électrons composé d’une ampoule contenant de l’argon à faible pression ainsi que d’un canon à électrons comprenant une cathode et une anode.

_ Des Bobines d’Helmholtz sont situées autour de l’ampoule. Elles ont la propriété de créer un champ magnétique uniforme dans l’ampoule lorsqu’elles sont traversées par un courant électrique. Ce sont elles qui donnent la trajectoire circulaire aux électrons. Lorsque l'ampoule n'est pas soumise d'un champ magnétique, alors le faisceau lumineux est vertical (ici, rectiligne).

Résultat :

Après branchement, un faisceau circulaire bleu se forme dans l’ampoule :

_Les électrons piégés par le champ magnétique des bobines entrent en collision avec les atomes d’argon et excitent les atomes d’argon.

_Lors de leur entrée en contact, les électrons de l’argon subissent des modifications au niveau de leur couche électronique.

_Lorsqu’ils retournent sur leur couche d’origine, il y a dégagement d’énergie qui se matérialise par la création d’un photon.

Matériel utilisé pour l'expérience

   

 Faisceau lumineux sans champ magnétique

Faisceau lumineux dévié par le champ magnétique 

                               

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