Pôle magnétique et pôle géomagnétique
Le pôle magnétique se distingue du pôle géomagnétique par le fait qu'à la surface de la terre le champ magnétique terrestre connaît des irrégularités, du fait de l'influence de la croûte terrestre. Ainsi le pôle "nord" magnétique, déterminé par le lieu où l'inclinaison magnétique est maximale (90°) ne se situe pas près de Thulé mais environ 550 nautiques au nord du golfe de la Reine Maud, dans le détroit de MacLean (par 77° N et 105° W).

Explication du phénomène auroral
Le plasma de protons et d'électrons provenant du soleil va en grande partie contourner la carapace que représente la magnétopause.
Une partie de ce plasma va cependant pénétrer la magnétosphère et les particules vont alors être sous l'effet du champ magnétique terrestre. Une partie de celles-ci va se trouver piégée dans une zone de piégeage instable, zone en forme de tore se trouvant entre 5 et 10 rayons terrestres au-dessus de l'équateur géomagnétique. Cette zone fait partie des "ceintures de Van Allen", du nom du physicien américain qui les a mises en évidence, à partir des données de la mission explorer II.
Enfin, une partie de ces particules du vent solaire va rejoindre la haute atmosphère. Elles vont être accélérées et précipitée vers les latitudes polaires de la magnétosphère, c'est-à-dire vers les pôles géomagnétiques.
Lors de l'entrée de ces "gerbes" d’électrons dans la haute atmosphère, des collisions multiples se produiront, ionisant et excitant les atomes d'azote et d'oxygène. Il en résultera des mécanismes complexes de transferts d'énergie et de recomposition atomique, au cours desquels seront libérés des photons.
C'est ainsi que l'on pourra voir l'aurore polaire.
De fait, le phénomène auroral se concrétise, de manière permanente, sous la forme d'un ovale lumineux centré sur le pôle géomagnétique.
L'interaction du vent solaire et de la magnétopause génère donc des courants électriques, ce qui a conduit certains auteurs à parler de "générateur auroral".
Ce générateur a une puissance variable.
En cas d'activité solaire importante, l'activité aurorale va croître. Ce sera en particulier vrai lorsqu’une onde de choc produite par une éruption chromosphérique va heurter la magnétosphère.
Si le phénomène est particulièrement violent, la zone de piégeage instable va se contracter et l’ovale auroral descendra en latitude pour donner naissance à une aurore boréale et australe de moyenne et basse latitude.
Ainsi, l'ovale auroral est-il descendu au-dessous de 50° de latitude géomagnétique le 13 Mars 1989 lorsque l'aurore a été vue en France, atteignant la verticale de Bourges.
Par ailleurs, quand le champ magnétique du dipôle solaire devient relativement conséquent, durant la phase de décroissance du cycle de taches, le passage de la terre au plus près des hautes latitudes héliographiques (au printemps et à l'automne) se traduit par une augmentation de l'activité aurorale.
Le phénomène auroral est répliqué aux deux extrémités de l'axe des pôles géomagnétiques, de sorte qu'un ovale austral symétrique de l'ovale boréal se trouvera simultanément au-dessus du pôle sud géomagnétique.

A la fin des années 60 cette dualité avait fait l'objet de plusieurs missions en vol consistant à coordonner, en référence géomagnétique de longitude égale et de latitude opposée, les trajectoires de deux avions, l'un dans l'hémisphère nord et l'autre dans l'hémisphère sud (Cf. Figure 4). Les photographies prises alors avaient mis en évidence la symétrie.
Les mesures de précipitation de rayons X auroraux par ballons stratosphériques ont aussi confirmé cette symétrie.

La partie excentrée de l'ovale se trouve toujours à l'opposé de la direction du soleil par rapport au pôle géomagnétique. De telle sorte, depuis le sol, on observera l'ovale auroral d'autant mieux, et avec une meilleure probabilité, dès lors que l'on se trouvera au-dessous de celui-ci à l'heure du minuit géomagnétique (alignement soleil, Pôle géomagnétique, station), proche du minuit local. Ce phénomène se situant à des altitudes comprises entre 100 et 400 km environ, si les conditions atmosphériques sont bonnes, on peut espérer observer , sur l'horizon, une aurore située au zénith d'un lieu éloigné de 1100 à 1500 km.

Ceci détermine une zone géographique, en forme de bande excentrée par rapport au pôle géomagnétique, à l'intérieur de laquelle la probabilité d'observer le phénomène auroral sera maximale.
Cette zone est appelée zone aurorale et apparaît dans la figure n° 5. Elle est en fait la trace de l’ovale auroral aux environs du minuit local
La couleur de la lumière aurorale est communément d'une longueur d'onde de quelque 557 nm (nanomètres) correspondant à une lumière verte émise par les atomes d'oxygène. Lorsque la lumière devient rose, elle correspond à l'excitation d'atomes d'azote.
La variabilité du phénomène de l'aurore se manifeste, 4 ou 5 fois par jour, par un sous-orage magnétique durant lequel l'aurore se ravive.

---

Prévisions de l'activité aurorale

L'aurore de cette nuit sera-t-elle exceptionnelle? Sur cette route un peu sud, a-t-on des chances de voir l'aurore?
Bien que le phénomène auroral soit permanent, son ampleur est évidemment liée à l'activité solaire.... Et celle-ci est suivie par la communauté scientifique mondiale comme jamais auparavant. Différents satellites sont utilisés à cette fin, comme le satellite météorologique NOAA/TIROS, ou comme le satellite SOHO, commun à la NASA et à l'ESA, qui est dédié à l'observation du soleil, et qui est en service depuis février 96.
(Cf. "Pour la Science" Août 1996)

De ce dernier on attend une meilleure compréhension de la genèse du magnétisme solaire, responsable de l'activité solaire.
En attendant, le décalage entre une éruption importante et son effet sur la terre (deux jours plus tard) permet une prévision de l’orage magnétosphérique et par conséquent de l'activité aurorale.

En France, l'observatoire de Paris Meudon possède un centre de prévision solaire, en mesure d'informer sur un événement attendu (tél. 00 33 145 077 770).
Le centre de Meudon fait partie du réseau international de l'ISES (International Space Environment Service) qui collecte les données solaires, géomagnétiques, et ionosphériques recueillies par les différents centres répartis dans le monde.
Il dispose d'un site Internet dont la page d’accueil se trouve à cette adresse : http://www.obspm.fr

Aux USA, la National Oceanic and Atmospheric Administration suit l'activité et ses conséquences en tant que orages géomagnétiques, orages à radiations solaires, ou silences radio (geomagnetic storms, Solar Radiation storms, Radio blackouts), et publie en en-tête de l'URL suivante et pour chacune des conséquences ci-dessus, une probabilité d'occurrence : http://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation#

Aperçu historique et sociologique
Contrairement à l'idée communément répandue, les aurores "polaires" peuvent être vues sous diverses latitudes, si les circonstances s'y prêtent. M. Legrand, qui a fait une recherche historique en la matière en remontant dans les archives scientifiques, a relevé que des aurores avaient pu être vues jusqu'à 10° de latitude géomagnétique (Sud en l’occurrence).
L'ovale auroral a une position moyenne qui se trouve vers la latitude géomagnétique 66° et à l'opposé de la direction du soleil.
Aujourd'hui, le maximum d'extension connu de l'ovale auroral, selon J-P Legrand, se situe aux environs de la latitude géomagnétique 30°. Ainsi, le 7 septembre 1635 une aurore rouge a été observée en direction du zénith au Japon. Le 25 septembre 1909 une aurore fut observée au-dessus de l'horizon de Singapour (latitude géomagnétique 10° sud), ce qui situe probablement l'ovale au-dessus de la latitude géomagnétique 30°. (Cf. L'article de J-P Legrand in "l'astronomie" de janvier 1990)
En 1989 l'aurore dont il est question par ailleurs dans cet article a été vue à une latitude subtropicale. Elle a en effet été vue à Mexico !!!
C'est l'astronome Français Pierre Gasendi (1502-1655) qui le premier attribua le nom Latin "aurora borealis" à ce phénomène. Le fameux astronome Anglais Sir Edmund Halley (1656-1742) observa depuis Londres la fameuse aurore du 17 Mars 1716, qui fut observée de l'Amérique du Nord à la Russie, et de la Scandinavie à l'Italie et au Portugal). Il attribua le phénomène à de l'évaporation magnétique depuis la terre.
Cette aurore ne fut pas vue en France du fait des conditions météorologiques mais une grande aurore boréale y fut observée le 19 Octobre 1726. Devant l'effroi provoqué l'Académie Royale demanda à J.J. Dortous de Mairan d'expliquer le phénomène.
Dans son "traité physique et historique de l'aurore boréale" il fut le premier à émettre l'hypothèse d'une origine solaire aux aurores par "apport de matière solaire au sommet de l'atmosphère".


Mythologie
L’observation des aurores est relatée depuis des milliers d’années. Les écrits Chinois, Grecs, et Romains en attestent. Des gravures anciennes les illustrent, comme cette gravure sur bois figurant une aurore à Nürenberg en octobre 1591 (Cf. Figure 7)
Les aurores ont souvent engendré des frayeurs, voire des terreurs, et les populations concernées leur ont associé diverses appellations à connotation mythique ou superstitieuse :
Au moyen-âge, lignes de soldats, cohorte de fantassins, nuée ardente, ennemis ensanglantés, signes de l’Antéchrist...
Chez les Anciens Grecs et les Romains, ravin, pluie de sang, torche, flèche...
Chez les Chinois, dragons, fissures dans le ciel, glaives...
Le présage de la fin du monde a maintes fois été clamé...

Note sur les prises de vue photographiques

Celles-ci ont toutes été faites à travers le pare-brise du cockpit de l’A340 (qui est d’une épaisseur respectable), avec un appareil 24x36 et un objectif d'une focale de 24 mm. L'ouverture était maximale (f 2.8). Le film utilisé était un film Fuji de 400 ASA. Les temps de pause ont varié entre 8 et 15 à 16 secondes. Les meilleurs résultats semblent obtenus avec les pauses les plus longues.