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La science au service de la photographie.

Connaitre et comprendre le phénomène des aurores boréales pour les observer et les photographier.


 

Cette page a pour but de vous expliquer l'influence des différents paramètres à l'origine d'aurores boréales.
Les explications données sont orientées pour les aurores visibles ou photographiables en France. 
[Mise à jour du 25/08/2024 @ Gil Gautier www.gilgautier.com]

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AURORE POLAIRE (BOREALE et AUSTRALE) C'EST QUOI :

Le soleil est à l'origine du phénomène des aurores polaires (Aurore boréale dans l'hémisphère Nord et Australe dans l’hémisphère Sud) . Il est 109 fois plus grand que la terre. Son énergie provient de réactions de fusion thermonucléaire auto-entretenues produites en son cœur.

Tout comme la terre, le soleil produit son propre champ magnétique. C'est ce dernier qui serait à l'origine des éruptions solaires.

Telles des explosions à sa surface, ces éruptions projettent dans l'espace des nuages de matières fortement chargées en énergie (très principalement des électrons et des protons). Ces nuages partent vers l'espace. Certains d'entre eux en direction de la terre. Ces éruptions sont appelées "éjection de masse coronale" (EMC), ou "coronal mass éjection" en anglais (CME)  . Leur vitesse de déplacement est variable. C'est pourquoi Il leur faut généralement 1 à 5 jours pour parcourir les 150 millions de kilomètres séparant la terre du soleil.

La manifestation des aurores polaires est due à la rencontre des vents solaires avec le champ magnétique terrestre. Les vents solaires sont principalement constitués de protons et d’électrons. Quand ces derniers viennent percuter la magnétosphère de notre terre, ils sont attirés vers une zone située autour des pôles, appelée ovale auroral. Les particules des vents solaires entrent alors en interaction avec les atomes de notre atmosphère, comme : l’azote, l’oxygène, l’hydrogène et l’hélium. C’est ainsi que se créent les aurores polaires.

En fonction des atomes qui vont être stimulés, les couleurs des aurores varient. 


TACHES SOLAIRES ET ACTIVITÉ

Explications:

Les tâches noires à la surface du soleil sont les trous coronaux (tâches solaires).  Les tâches solaires sont des régions relativement plus sombres et plus froides à la surface du Soleil, causées par des concentrations temporaires de champs magnétiques intenses.

Les tâches solaires se forment en raison de l'activité magnétique du Soleil. Les champs magnétiques inhibent le flux de chaleur venant de l'intérieur du Soleil vers la surface, ce qui fait baisser la température dans ces régions, les rendant plus sombres.  

Les tâches solaires sont souvent associées à des éruptions solaires et des tempêtes géomagnétiques, qui peuvent perturber les communications radio, les réseaux électriques et provoquer des aurores polaires sur Terre.
Le cycle solaire a une durée de 11 ans passant par un minimum et un maximum de tâches solaires. Progression du cycle solaire
Plus il y a de taches solaires plus les chances d'orages magnétiques et donc d'aurores sont importantes.

 

Régions: 

Les taches solaires sont regroupées en région , un indice numérique chronologique est appliqué à chaque région. Ex AR3799 (18 tâches) AR3800 (16 tâches) , AR3801 (6 tâches). Certaines régions sont plus actives que d'autres. 


FORMATION DES AURORES

Explications:

Les CME (EMC):
Une éjection de masse coronale (EMC) peut s’échapper du Soleil lors d’éruptions comme les tempête solaires. Cependant tous les événements solaires ne sont pas accompagnés d’une EMC. Les éruptions solaires puissantes (classes M et X) sont susceptibles de générer des éjections de masses coronales et sont classées par ordre croissant de A,B,C,M,X plus un chiffre. En fonction de la localisation de cette éruption, le souffle peut aussi bien éviter la terre qu’être partiellement ou entièrement dirigé sur elle.
éruptions solaires

Quand une tempête ou une éruption solaire survient, nous ne savons pas immédiatement si elle contient une éjection de masse coronale dirigée vers la terre. Le meilleur moyen d’être certain qu’une EMC est dirigée vers la Terre est d’utiliser les images prises par les instruments de coronographie LASCO C2 et C3, embarqués sur le satellite SOHO (Solaire et Héliosphère Observatoire). SOHO surveille le Soleil du point de vue de la Terre afin que les éjections de masse coronale potentiellement dirigées vers la Terre puissent être facilement identifiées. Les EMC dirigées vers la Terre se présenteront comme des éjections de masse coronale partielles ou de plein halo lorsqu’elles se propageront loin du Soleil. Il faut garder à l’esprit que les images de SOHO ne sont pas en temps réel, qu’il faut donc attendre plusieurs heures avant de recevoir les nouvelles images et de pouvoir dire si il s’agit bien d’une EMC dirigée vers la Terre ou non.

Images d'éruption solaire (SOHO) et  http://spaceweather.gmu.edu/seeds/realtime.php
Pour les détections il y a aussi des outils de monitoring du flux protonique, le logiciel du SIDC Cactus et le diagramme EPAM

 

 

 

 

 

Images des éruptions solaires
GOES , satellite géostationnaire images 

 


CACTUS

CACTUS détecte de manière autonome les éjections de masse coronale (CME) dans les séquences d'images de LASCO. Le résultat de notre logiciel est une liste d'événements, similaire aux catalogues classiques, avec une estimation de l'angle principal, de la largeur angulaire et de la vitesse pour chaque CME. Contrairement aux catalogues établis par des opérateurs humains, ces détections de CME par logiciel peuvent être plus rapides, ce qui est particulièrement important dans le contexte de la météorologie spatiale, et peut-être aussi plus objectives, puisque le critère de détection est écrit explicitement dans un programme.
Mise à jour toutes les 6h

https://www.sidc.be/cactus/out/latestCMEs.html

 


Temps d'arrivée d'une CME sur terre

Le temps d'arrivée sur terre d'une CME est fonction de sa vitesse et donc du temps pour parcourir la distance Soleil > Terre.

Les temps annoncés sont à titre indicatif.


Diagramme EPAM et Flux protonique

Explications:

EPAM (Électron, Proton et Alpha Moniteur) est un instrument présent sur le satellite ACE qui mesure les électrons et protons qui sont portés par le vent solaire. C’est un instrument très utile pour savoir si une EMC est dirigée vers la terre. Ci contre vous trouverez un diagramme EPAM tel qu’il apparaît quelques heures après une éruption solaire. La monté du flux protonique indique que la CME est dirigée vers la terre. 
https://www.spaceweatherlive.com/fr/activite-solaire.html


Vent solaire et densité.

Explications :

Vitesse vent solaire: 
La vitesse du vent solaire est très importante, si la vitesse est trop faible il n’y aura aucune chance de voir des aurores polaires. La vitesse du vent solaire normal est autour de 300km/sec mais elle augmente dans le cas d’un trou coronal ou un impact du a une EMC (éjection de masse coronale). En fonction de la vitesse de l’impact, le vent solaire peut atteindre 500 ou 700km/sec ou même 1000km/sec. Pour apercevoir une aurore polaire au niveau des latitudes moyennes, une bonne vitesse est nécessaire et devrait être autour de 700km/sec, mais il peut aussi arriver qu’une aurore se forme avec des vitesses inférieures (cela dépend de la force du champ magnétique interplanétaire Bt/Bz).
https://www.spaceweatherlive.com/fr/activite-aurorale/activite-aurorale-en-temps-reel.html

Densité vent solaire:

Ce paramètre nous montre la densité du vent solaire. Plus il y a de particules dans le vent solaire, plus les chances de formation d’une aurore polaire augmentent, car plus de particules frappent la magnétosphère de la Terre. L’échelle utilisée dans les graphiques, est en particules par centimètre cube (p/cm³). Une valeur de 30p/cm³ est une bonne base pour une puissante tempête géomagnétique, sans pour autant qu’il y ait de garantie quant à la présence d’aurore polaire car la vitesse du vent solaire ainsi que les paramètres du champ magnétique interplanétaire sont également à prendre en compte.


LES INDICES CMI* TEMPS REEL

*Champ Magnétique Interplanétaire

Explications:

https://www.spaceweatherlive.com/

Indice KP:

L'indice Kp est un indicateur utilisé pour mesurer l'activité géomagnétique de la Terre, c'est-à-dire les perturbations dans le champ magnétique terrestre causées par le vent solaire.
Échelle de mesure : l'indice Kp est une échelle quasi-logarithmique qui va de 0 à 9, où :
0 signifie une très faible activité géomagnétique.
9 représente une tempête géomagnétique extrêmement forte.
L'indice Kp est dérivé des mesures des magnétomètres répartis dans plusieurs observatoires géomagnétiques autour du monde. Ces mesures sont prises toutes les trois heures, ce qui permet de suivre l'activité géomagnétique en temps quasi réel.
En France l'indice Kp doit être au moins de 6+ pour pouvoir photographier les aurores, avec un Kp 9 elles seront visibles à l'œil nu.
Kp les prévisions à 3 jours

 

Champ magnétique interplanétaire Bt (nT):
La valeur Bt du champ magnétique interplanétaire indique sa force totale. Plus cette valeur est haute, plus les conditions géomagnétiques sont améliorées. Les valeurs de champs magnétiques interplanétaires modérés sont de 15 nT (nano Testa) mais pour des latitudes moyennes des valeurs de 25 nT sont désirables.


Champ magnétique interplanétaire Bz (nT) : 

Le champ magnétique interplanétaire est un vecteur ayant trois axes parmi lesquels, deux (Bx et By) sont orientés parallèlement a l’écliptique. Bx et By ne sont pas importants pour l’activité aurorale. La troisième composante, Bz, est perpendiculaire au plan de l’écliptique et est crée par les vagues et autres perturbations du vent solaire. Pour une tempête géomagnétique il est vital que la direction du champ magnétique interplanétaire (Bz) soit orienté au sud. Des valeurs continues de -10 nT ou moins sont des bons indicateurs sur la probabilité qu’une tempête géomagnétique se développe, mais plus cette valeur est basse, meilleure est l’activité aurorale.

 


Historique indices 30 jours

Notes :

Ces graphiques vous permettent d'analyser la tendance et l'évolution des indices du champ magnétique.

Historique 30 jours


Puissance hémisphérique

Explications :

Pour les valeurs inférieures à environ 20 GW, il peut y avoir peu ou pas d'aurores observables. Pour les valeurs entre 20 et 50, il faut être être près de l'aurore pour la voir. Pour les valeurs supérieures à 50, l'aurore devrait être assez observable avec beaucoup d'activités et de mouvements dans le ciel. Une fois que la puissance hémisphérique atteint des niveaux de 100 ou plus, ceci est considéré comme une tempête géomagnétique très significative.

https://www.spaceweatherlive.com/fr/activite-aurorale.html


PERTURBATION INDEX

L'indice Perturbation Tempête Temps (Dst) est une mesure de l'activité géomagnétique utilisé pour évaluer la gravité des tempêtes géomagnétiques. Elle est exprimée en nanoTeslas et est basée sur la valeur moyenne de la composante horizontale du champ magnétique terrestre mesurée à quatre observatoires géomagnétiques proche de l'équateur. Il mesure la croissance et la reprise du courant d'anneau dans la magnétosphère de la Terre. 

https://www.spaceweatherlive.com/fr/activite-aurorale/magnetometres.html#DST_index


Les magnétomètres

Explications :

Pour les latitudes moyennes, en particulier l’Europe, vous pouvez capturer une aurore de façon photographique quand il y a une déviation d’au moins 700nT et une aurore visuelle à partir d’une déviation de 1300nT. Une fois que les stations Dombås (DOB - norvège) et Solund (SOL-Norvège) réagissent, les latitudes européennes moyennes auront une chance de voir des aurores boréales basses à l'horizon nord.

Pour notre latitude (France)  je vous engage à surveiller le diagramme et déviation des magnétomètres Stackplot (Europe). Principalement les déviations des magnétomètres de  DOB (Dombås - Norvège), SOL, HAR ainsi que Romoe(ROE - Danemark).


Modèle de prévisions

Outils :

Huxt Forecast et WSA-Enlil sont deux modèles de prévision d'arrivée d'orage magnétique sur terre ils vous donnerons une date et heure approximative et prévisionnel de l'arrivée d'un probable orage magnétique. 


Couverture nuageuse


RECAPITULATIF POUR LA FRANCE (en Scandinavie un Kp1, un Bz légèrement négatif suffisent, surveillez surtout le magnétomètre de Kiruna(Suède))

Pour envisager de voir ou photographier une aurore boréale en France, Il faut la conjonction de 7 paramètres. Attention ces données ne sont que des approximations et une base de travail. 
1) Une éruption solaire suivie d'une CME dirigée vers la terre.

2) Un Kp >6 photographiable Kp > 7 visible.
3) Une vitesse de vent solaire > 600 km/s.

4) Une densité > 40 p/cm3.
5) Bt > 20 nT photographiable Bt > 50nT visible.
6) Bz < -10 nT photographiable Bz < -50 visible.

Tous ces paramètres sont consultables en temps réel : https://www.spaceweatherlive.com/fr.html

7) Météo : ciel clair ou peu nuageux

8) A l'instant T surveillez la déviation des magnétomètres et AuroraWatch UK

RAPPORTS EN TEMPS REEL DES OBSERVATIONS MONDIALES (cliquez sur l'image)

https://www.aurorasaurus.org/


Exemple d'indices d'aurores photographiables en France, CLIQUEZ SUR LES IMAGES POUR INFO EN TEMPS REEL.

Magnétomètre de Kiruna
Magnétomètre de Kiruna
Puissance hémisphérique
Puissance hémisphérique

Carte de pollution lumineuse


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@2019 Gil Gautier