Guide d'observation des aurores boréales - Bastien Foucher - Astrophotographies

Préambule

Ce guide est le fruit de mes nuits passées sous les aurores. J’espère qu’il est complet et qu’il répondra aux questions que vous vous posez pour préparer votre voyage. N’hésitez pas à me contacter si vous avez besoin de plus de précisions.

Aussi, pour mieux comprendre mes propos, je vous invite à lire cet article-ci : « Comprendre les aurores boréales ».


Où ?


Les ovales auroraux

Vues de l’espace, les aurores boréales prennent la forme de 2 ovales centrés autour des pôles magnétiques terrestres. Ils sont larges de 500 à 1000km environ. Lors d’une activité moyenne (la plus fréquente), les ovales se forment autour d’une latitude comprise entre 65 et 70° nord environ.

Si l’activité plus forte, leurs diamètres augmentent et ils descendent plus au sud. Par conséquent :
- lors d'une forte activité, un observateur qui se trouve trop au nord verra l'aurore sur l'horizon sud.
- lors d’une activité normale, un observateur situé trop au sud verra l'aurore sur l'horizon nord.

L'ovale auroral d'une aurore australe (source : NASA)

Où voyager ?

Toutes les régions situées sous le cercle auroral lors d’une activité moyenne sont idéales (c’est-à-dire à la latitude 65-70° nord environ) :
- Nord Norvège (région de Tromsø)
- Laponie
- Islande
- Sibérie
- Canada, Alaska


Norvège ou Islande ?

Tout dépend de l’objectif de votre voyage.

- Le nord de la Norvège est plus propice pour observer des aurores d’intensité normale. Dans la région de Tromsø, qui se trouve 5° plus au nord que l’Islande, vous y observerez une aurore d’activité normale au zénith. Ce qui est déjà très spectaculaire. Le climat y est aussi très doux (pour la latitude). Tant que l’on reste près des côtes, il est fréquent d'y trouver des températures supérieures à 0°. Donc, si vous souhaitez mettre un maximum de chances de votre côté pour voir une aurore, choisissez la Norvège.

- L’Islande se trouve plus au sud que la Norvège : une aurore d’activité normale ne sera pas observée au zénith, là où elle est spectaculaire. Elle sera plus basse sur l'horizon nord. Par contre, en raison du grand passé (et présent) volcanique de l’île, les paysages sont à couper le souffle. L’Islande est donc une destination de choix pour un photographe, surtout si une activité aurorale un peu forte se produit. L’aurore sera alors au zénith. Attention toutefois au climat : il y est plus rude qu’en Norvège.

Au fond du Fjord

Une aurore boréale dans la région de Tromsø, en Norvège.


Quand ?


Période de l’année

Je vais ne traiter que de la Norvège puisque c’est la région que je connais le mieux. Là-bas, la saison des aurores boréales débute de fin septembre pour se terminer fin mars.

- Octobre est un mois propice pour y aller : le nombre de nuits claires (sans nuages) et y est le plus important de l’année. Par contre, vous ne bénéficierez pas encore des décors enneigés qui font le charme de la région.

- Évitez le mois de décembre : c’est la nuit polaire (mais il ne fait pas complètement noir tout de même).

- Pour un photographe, le mois de janvier est intéressant : les journées s’allongent peu à peu, le Soleil remonte sous l’horizon et le longe pendant des heures. Les lumières sont alors incroyables. Mais les journées restent très courtes.

- Les mois de février-mars sont un bon compromis entre lumières, ensoleillement, aurores, conditions climatiques et décors hivernaux.


La Lune

Privilégiez les nuits sans Lune pour mieux profiter des aurores. Un léger croissant peut toutefois être utile pour les photographes : il permettra de dévoiler les paysages sur vos clichés. Mes nuits favorites sont celles autour de la semaine de la nouvelle Lune.


Le maximum du cycle solaire est passé. Peut-on espérer voir des aurores boréales cet hiver ?

Oui ! Le cycle solaire est lié au nombre de tâches qui apparaissent à la surface du Soleil, qui atteint son maximum tous les 11 ans environ.

Cependant, contrairement à la croyance, les tâches ne sont pas les seules manifestations solaires à être à l’origine des aurores boréales. Il y a aussi les trous coronaux (v. l’article « Comprendre les aurores boréales »). La formation de ces trous est indépendante du cycle solaire et ils apparaissent très régulièrement à la surface du Soleil.

Un trou coronal (en noir) vu par le satellite SDO (source : NASA).

A quel moment de la journée ?

Il est inutile de choisir une période de nuit polaire pour avoir plus de chances de voir une aurore boréale. La principale explication est que la Terre tourne autour de son pôle nord géographique, alors que l'ovale auroral est centré autour du pôle nord magnétique (les 2 pôles sont séparés de 8° environ). En conséquence, toutes les zones d'observation favorables ne se trouvent pas toujours sous l'ovale auroral.

L’animation suivante nous aide à comprendre le phénomène :

 Entrée et sortie de l'ovale auroral (source : K.Akasofu - Asahi aurora classroom).

On constate que le point rose situé en Alaska pénètre dans l’ovale auroral vers 20h, pour y sortir vers 4h du matin. Les horaires seront les mêmes quel que soit le pays où vous vous trouvez :  l'ovale auroral reste statique, il ne tourne pas autour du pôle nord magnétique. Soyez donc prêts à partir de 20h le soir : c'est l'horaire d'entrée dans l'ovale auroral.

Aussi, n’allez surtout pas au lit avant minuit : vous serez alors en plein cœur de la région la plus active de l’ovale. Même si les aurores peuvent arriver assez tôt en soirée, forcez-vous à bien manger pour tenir toute la nuit en cas de spectacle intense.


Équipement personnel

Observer les aurores est une activité statique : on ne bouge pas beaucoup pendant plusieurs heures. Vous ne profiterez donc pas du spectacle si le froid vous gagne trop vite.


Pour le corps

Un bon équipement de ski suffit. En cas de froid intense, vous multiplierez les couches : sous-vêtements de ski (vous en trouvez pour 30€ chez Décathlon), polaires diverses, caleçon de ski chaud.


Pour les extrémités

Si vous le pouvez, investissez pour couvrir les extrémités de votre corps. C’est en effet par là que se produisent les plus grandes déperditions de chaleur de votre corps.

- Tête : investissez dans un gros bonnet ou une chapka.

- Mains : protégées par une paire de moufles chaudes, ou des gants de ski couverts de sur-gants (10€ chez Décathlon) dans lesquels vous glisserez une chaufferette. Prenez également des sous-gants : ils vous protégeront du froid quand vous aurez enlevé vos gants pour manipuler votre appareil photo.

- Pieds : c’est par là que vous sentirez le froid vous envahir. Évitez donc vraiment les chaussures de randonnées d’été : elles ne sont pas suffisamment chaudes et résistantes à l’humidité très froide de la neige. Investissez plutôt dans une bonne paire d’après-ski, ou mieux, dans une paire de Sorel Caribou.


Autres accessoires

Prévoyez également quelques chaufferettes (mains et pieds surtout). Évitez les chaufferettes rechargeables dans l’eau bouillante. Vous oublierez de les recharger et elles sont peu confortables (elles sont très dures). Les modèles jetables de chez décathlon à 10€ la boîte feront parfaitement l’affaire.

Enfin, n’oubliez pas l’indispensable lampe frontale. Choisissez-en une avec un éclairage rouge pour conserver votre vision nocturne et ne pas éblouir vos camarades d’observation.


La météo

L’aurore boréale est un phénomène de haute altitude, qui se produit bien au-delà des nuages (à partir de 70km d’altitude environ). Par conséquent, les prévisions météo sont à surveiller tout autant que les prévisions de tempête solaire.

Mais ne désespérez pas si une soirée commence sous les nuages alors que les prévisions de tempête solaire sont bonnes : le temps change vite sur la côte Norvégienne. Surveillez donc les animations satellites pour voir si des trouées nuageuses se dirigent vers vous (v. les liens en fin d’article).


Repérage

Vous devrez vous éloigner des villes et de leur pollution lumineuse. En cas d’activité supérieure à la normale, les aurores apparaîtront sur l'horizon nord, d'ouest en est, ou au zénith. Assurez-vous donc qu’au moins uns de ces horizons soient bien éloigné de toute ville importante.

Si vous comptez prendre des photos de qualité, soyez plus exigeant sur le repérage : v. l'article "Photographier les aurores boréales".


Prévision des aurores boréales


Principe

Tout commence par l’observation du Soleil. Il est scruté en permanence par des satellites comme SDO (Solar Dynamics Observatory) et STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) :

- SDO est chargé de surveiller le Soleil. Un de ses missions est de prendre des photos du Soleil dans différentes longueurs d'ondes pour étudier les différentes couches de son atmosphère.

- STEREO A et B sont deux satellites qui se trouvent en amont et en aval de l'orbite de la Terre autour du Soleil (aux points de Lagrange L4 & L5). Leur rôle est de scruter les faces du Soleil que nous ne voyons pas, et de réaliser des modèles 3D des éruptions solaires.

Si une éjection de masse coronale (v. l’article « comprendre les aurores boréales ») est détectée, nous le saurons 8 minutes plus tard environ, le temps que la lumière arrive jusqu’aux satellites. Il reste à savoir si la trajectoire du nuage de plasma solaire va croiser celle de la Terre. Sa direction et sa taille peuvent déjà être estimées à partir des mesures des satellites STEREO.

Une première prévision à 3 jours est alors réalisée : le nuage de plasma voyage entre 400 et 750 km/s environ, il mettra 2 à 3 jours pour croiser la Terre.

2 à 3 jours plus tard, le nuage "transperce" le satellite ACE (Advanced Composition Explorer). Ce satellite, placé 1.5 millions de km devant la Terre, sur la trajectoire des nuages de plasma, est une véritable sentinelle. Les nuages qui le croisent seront analysés en même temps : densité, vitesse, champ magnétique, etc. A partir de ces mesures, une prévision plus précise pour les 1 à 2 prochaines heures sera réalisée.

Une éruption solaire modélisée par les satellites STEREO. La première vue est une vue  "d'en haut" du système solaire jusqu'à la Terre. La 2e vue est la même vue, de profil, côté Terre. Les grandes spirales vertes correspondent aux lignes de champs magnétiques interplanétaires émises par Soleil (la spirale de Parker).


L’indice Kp

L’indice Kp est un indice mondial de déformation du champ magnétique terrestre. Il peut prendre des valeurs comprises entre 1 et 9. Cet indice et a été introduit par le géophysicien Allemand Julius Bartel en 1938 :
- "K" : pour « Kennziffer » en allemand (= « numéro de code »).
- "p" : pour « planetary ». Le "Kp" est donc une moyenne mondiale calculée à partir de différentes stations d'observation terrestres. On parle de " K-Index " pour une mesure locale.

Si une aurore boréale se produit, alors très probablement le champ magnétique terrestre est fortement comprimé par la tempête solaire qu’il subit. C’est pourquoi cet indice est utilisé pour prévoir la puissance des aurores boréales.

Conséquences :
- Plus l’indice Kp est élevé, plus l’aurore devrait être intense (mais ce n’est pas toujours vrai, v. "les limites des prévisions" ci-dessous).
- Mais l’ovale auroral va descendre : il ne faudra pas se trouver trop au nord pour profiter de l’aurore.
- On parle de tempête géo magnétique quand le Kp est supérieur à 5.

En Norvège du nord, un Kp compris entre 2 et 3 suffit pour voir une aurore boréale au zénith. En France, pour voir une aurore rouge (vers le nord), un Kp supérieure à 8 sera nécessaire.

Indices Kp de la tempête solaire du 18/03/2015. Cette tempête fut la plus forte du cycle solaire.


Les limites des prévisions

1. Les aurores brillantes se forment uniquement grâce à la reconnexion magnétique qui se produit dans la queue de la magnétosphère (v. l’article « comprendre les aurores boréales »). Ce phénomène étant encore mal compris par les scientifiques, la prévision des aurores n’est donc pas 100% fiable.

2. Les aurores « surprises » : la reconnexion magnétique n’est pas forcément liée aux tempêtes solaires. Celles-ci créent juste des conditions très favorables pour qu’elle se produise. De plus, la reconnexion magnétique peut aussi se produire sans tempête solaire : il se produit alors une aurore boréale « surprise », qui n’était pas prévue.

3. Le temps d’actualisation de vos applications smartphones. Les aurores boréales sont des phénomènes brefs. Les phases intenses durent une dizaine de minutes environ (ou bien plus en cas de forte tempête), ce qui n’est souvent pas un délai suffisant pour que nos applications soient averties en temps et en heures. En effet, il faut toujours compter quelques minutes le temps que les résultats des calculs des centres de mesures soient publiés, diffusés, puis poussés sur nos appareils.


Les phases et les formes des aurores boréales


Note au lecteur

Ce que j'écris ici est le fruit de mes soirées passées sous les aurores boréales, mais aussi celui des observations de chercheurs locaux avec lesquels je me suis entretenu. Cependant, beaucoup de soirées m’ont réservé des surprises… N’allez donc pas au lit trop vite !


Hauteur de l’aurore sur l’horizon

De votre position dépendra la forme de l’aurore que vous observerez :

Phase 1 - l’arc diffus

L’activité aurorale est normale ou basse et l’aurore reste assez statique dans le ciel. Elle est peu lumineuse, de couleur blanche. L'aurore pourrait se confondre avec un nuage. Si vous avez des doutes, lancez une pose photographique : si le nuage apparaît en vert sur la photo, alors c'est une aurore qui ne demande qu'à s'activer. Patientez donc, surtout si les prévisions de Kp sont bonnes pour la soirée.


Phase 2 - l'arc rayé

Un nuage de particules solaires commence à agiter l’ionosphère. L’aurore commence à doucement danser dans le ciel, un peu comme un rideau battant au vent à côté d’une fenêtre ouverte. Les stries de l’aurore correspondent à des lignes de champs magnétiques terrestres. Cette phase est appelée la phase de déclenchement.

Arc rayé


Phase 3 – la phase d'expansion

L’activité est à son maximum. Si la tempête solaire est intense, l’aurore peut occuper tout le ciel et bouger à des vitesses incroyables. Il peut y avoir plusieurs phases d'expansion au cours d'une soirée. Encore une fois, n'allez pas au lit tout de suite, même si l'aurore boréale semble s'éteindre.

Phase active


Phase 5 - L’aurore coronale

L’aurore coronale marque souvent la fin de la phase la plus active d’une nuit pendant laquelle une intense tempête solaire s’est abattue sur Terre. C’est la phase la plus spectaculaire de l’aurore, celle qui reste longtemps dans les mémoires tellement sa puissance visuelle est intense.

L’aurore est très lumineuse. Toutes ses stries semblent venir d’un même point, elle tournoie autour de nos têtes : elle a la forme d’une couronne, d’où son nom. Elle se produit au maximum de l’activité de la nuit, vers 0h-1h du matin, au milieu de l’ovale auroral. Il faut que le niveau d’activité soit fort pour qu’elle se produise. Elle est donc assez rare, et surtout elle ne dure pas très longtemps (5min). Profitez donc du spectacle.

Si votre appareil photo n’est pas prêt, inutile de vous précipiter dessus : le phénomène sera bref.

Aurore coronale


Phase 6 : l’aurore à pulsations (ou pulsatile)

L’aurore boréale à pulsations marque souvent la fin de la nuit d’observations. Ce type d'aurore fait partie de la phase dite de "recouvrement". Elles font suite à une très forte tempête solaire, elles sont donc rares. Je les ai à chaque fois vues vers 2 ou 3h du matin.

Il m’est arrivé une fois de voir une aurore regagner en intensité après une phase pulsatile. La vitesse et l’intensité des pulsations varient d’une soirée à l’autre : des fois très lentes, des fois extrêmement rapides (plusieurs clignotements par seconde).

Un timelapse d'aurore à pulsations réalisé en Janvier 2013 dans les îles Lofoten, en Norvège.

En résumé...

- Surveillez les prévisions de Kp. 

- Prévisions de Kp à 3 jours : elles sont utiles pour repérer de futurs spots photo et anticiper d’éventuels déplacements dans le pays dans lequel vous êtes.

- Prévisions pour la soirée : si elles sont bonnes, prenez un repas copieux et prévoyez de rester au moins jusqu’à minuit dehors. Si elles ne sont pas bonnes et que le ciel est dégagé : jetez régulièrement un œil dehors, une aurore boréale « surprise » peut se produire à tout moment (v. « les limites des prévisions »).

- Surveillez la météo : des trouées de ciel clair seront nécessaires. Vérifiez les prévisions de températures et le vent pour vous équiper en conséquence.

- Lors d'une soirée intense, n’allez jamais au lit avant minuit. Même si l’aurore semble s’être éteinte, elle peut redevenir très puissante à tout moment.


Pour aller plus loin

- Si vous souhaitez m'accompagner lors de mon prochain voyage aurores boréales en Norvège : voyage aurore boréales

- Comprendre les aurores boréales

- Photographier les aurores boréales

- Galerie photos aurores boréales


Liens utiles

- Prévisions météo en Norvège : http://www.yr.no

- Animation satellite : http://www.yr.no/satellitt/europa_animasjon.html (Sat24 ne fonctionne pas pour le nord de la Scandinavie).

- Prévisions de Kp à 3 jours : http://www.swpc.noaa.gov/products/3-day-forecast

- Prévisions de Kp pour les prochaines heures : http://www.swpc.noaa.gov/products/planetary-k-index

- Aurora alerts sur Twitter : https://twitter.com/aurora_alerts

- Space Weather : http://www.spaceweather.com/


Applications utiles pour smartphones

Ios : Solar Monitor

Android : Auroral Forecast, NASA Space Weather

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