Les Couleurs de l'Aurore Polaire

Chacun des gaz atmosphériques va briller différemment selon son état, neutre ou chargé, et aussi selon l’énergie de la particule qui le frappe. Mais entre en compte un autre paramètre : l’altitude. En fonction de celle-ci, un même atome percuté avec une même énergie peut donner une couleur différente.

Nous pouvons voir les aurores dont la couleur est comprise entre 400 et 800 nm. Les aurores dont la longueur d’onde n’est pas comprise entre cet intervalle sont donc invisibles à l’œil nu.

Les atomes et molécules sont essentiellement l’oxygène et l’azote car ils constituent la quasi-totalité de l’atmosphère (79% azote, 20% oxygène).

                                                 Atomes : O, N Molécules : O3, O2, N2

L’énergie émise par le photon se calcule de la manière suivante : e=h*v en J

D’autre part, le rayonnement est caractérisé par sa longueur d’onde λ tel que :

λ=c/v <==> v=c/ λ DONC e=h*c/λ

Où h est une constante égale à 6,62559*10-34 J*s

c=3*10-8

et v est la fréquence du rayonnement.

  

 => La lumière est émise environ 2 minutes après l’excitation. La couleur verte domine car l’émission se fait seulement 0,7s après l’excitation.

=> On appelle excitation de niveau 1 les atomes qui, instables, se désexcitent en entrant en collision avec un autre atome. C’est le phénomène de désactivation collisionnelle. Plus l’altitude augmente, plus celui-ci perd de l’importance. Les atomes excités sont ainsi obligés d’émettre un photon et donc un rayon lumineux. L’intensité lumineuse est donc plus grande en altitude.

Seulement, pour les aurores, ce sont les électrons secondaires de moindre énergie qui assurent l’essentiel de l’excitation. En outre, l’énergie d’excitation de niveau 1 (1,96eV) étant plus faible que celle de niveau 2 (4,17eV), c'est elle qui assure l'essentiel de l'excitation pour les aurores polaires.

L’excitation de niveau 1 cumulée aux émissions en haute altitude aboutit à une intensification considérable de la raie rouge au-delà de 200 km et qui devient alors largement majoritaire.

=>=> Par ces démonstrations, nous avons montré que la couleur verte et la couleur rouge sont les plus probables (fréquentes).

Afin de déterminer la fréquence des différentes couleurs aurorales, nous avons pris un échantillon de trente images d’aurores prises au hasard. Nous avons ensuite calculé l’aire de chaque couleur, dans chaque aurore. A partir de ces résultats, nous avons pu trouver une estimation en pourcentage des couleurs composant une aurore.

Démonstration :

=> Nous délimitons les différentes couleurs par des tracés géométriques, afin que l’aire soit plus facilement calculable.

=> Trait rouge = Couleur verte

     Trait bleu = Couleur rouge clair

     Trait jaune = Couleur rouge foncé

     Trait violet = Couleur jaune

=> Nous calculons l’aire de chacun des rectangles afin de trouver la surface d’une couleur de l’aurore. La totalité des surfaces permet la mise en pourcentage de chaque couleur.

=> Ici, Vert = 51,4%

    Jaune = 1,3%

    Rouge clair = 32,6%

    Rouge foncé = 14,7%

 

Plus précisément, nous avons calculé les moyennes globales suivantes :

Vert : 46,1%

Rouge clair : 37,3%

Jaune : 9,1%

Rouge foncé : 4,4%

Bleu-violet : 3,1%

 

 

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