LES AURORES POLAIRES
XVIIIème siècle : historique des théories scientifiques
L’astronome et ingénieur britannique Edmund Halley (1656-1742) fut le premier à émettre une hypothèse après avoir observé les aurores présentes dans tout le ciel européen (du Portugal à la Russie !), et dans le ciel nord-américain le 6 mars 1716. Selon cette hypothèse les aurores étaient des vapeurs magnétiques lumineuses. À partir de 1741, les travaux d’Anders Celsius (1701-1744), astronome et physicien suédois, mettent en évidence le parallèle entre les aurores boréales et les perturbations de l’aiguille magnétique des boussoles.
Il faut attendre 1793 et les travaux de Dalton (1766-1844) pour que le magnétisme terrestre soit considéré comme étant l’origine des aurores. En effet, il pensait les aurores étaient composées de particules, elles-mêmes composées de fer et donc par conséquent magnétiques. Celles-ci venaient donc s’orienter sur les lignes du champ magnétique terrestre. Il émit aussi l’hypothèse que le magnétisme de ces particules était à l’origine des perturbations du magnétisme terrestre.
En 1726, Jean-Jacques Ortous de Mairan (1678-1771), mathématicien et physicien français, publie la première estimation de l’altitude où l’on trouve des aurores (c’est-à -dire aux pôles). Cette publication sera confirmée en 1773 par James Cook (1728-1779) qui observera dans l’Océan Indien la première aurore australe. En 1733, De Mairan publie le Traité physique et historique de l’aurore boréale. C’est la première synthèse des connaissances sur les aurores boréales, basée sur les travaux précédemment effectués (notamment ceux de Descartes et d'Euler), sur ses propres observations et sur les théories de Newton. (Dans son livre l’Optique paru en 1704, Isaac Newton développa la découverte du spectre de la lumière. Il amena ainsi les scientifiques à penser que les aurores résultaient d’un phénomène optique : la réfraction de la lumière sur des vapeurs volatiles). À la suite de la publication de son ouvrage, De Mairan émit une théorie selon laquelle les aurores seraient dues à l’extension de l’atmosphère solaire qui viendrait rencontrer l’atmosphère terrestre. Bien que cette théorie était fausse, on commença à penser que les aurores étaient engendrées par une relation entre le Soleil et la Terre.
En plus de cette théorie, le français pensait qu’il existait une possible relation entre l’apparition des tâches solaires de manière cyclique et les aurores. Il justifia cette relation par des observations : « Ce qui paraît favoriser cette idée, ajoute-t-il, c’est que, depuis cinq à six ans que les aurores boréales sont devenues si fréquentes, les taches du soleil l’ont été aussi beaucoup. On sait encore qu’au commencement du dernier siècle, après l’invention des lunettes, on ne voyait presque jamais le soleil sans taches ; et il y en avait quelquefois des amas si considérables que le P. Scheiner dit y en avoir comptés une fois jusqu’à cinquante. Elles devinrent ensuite plus rares, de sorte que depuis le milieu du siècle jusqu’à 1670, c’est-à -dire dans l’espace d’une vingtaine d’années, on n’en put trouver qu’une ou deux et qui parurent même fort peu de temps. Or, comme nous l’avons vu, il y eut un grand nombre d’aurores boréales au commencement de ce siècle, et jusqu’au-delà de 1621 ; après quoi l’on n’en entend plus parler jusqu’en 1686 ».
De plus, De Mairan est le premier à dessiner une aurore boréale dans un cercle qui représente le ciel dans son intégralité (voir ci-contre).
Benjamin Franklin (1706-1790), un des spécialistes de l’électricité atmosphérique, défendit l’idée qu’il y avait une corrélation avec la circulation atmosphérique. Autrement dit, il eut l'intuition que les aurores étaient dues à des décharges électriques lumineuses entre la terre et l'atmosphère. En 1729, il écrit une note, qui fut lue à Paris devant l’Académie Royales des Sciences : « L’atmosphère étant plus lourde dans les régions polaires que dans les régions équatoriales, elle y sera plus basse et la force centrifuge étant aussi plus faible ; pour cette raison : il en résulte une distance de vide au-dessus de l’atmosphère moindre qu’ailleurs… Ne se pourrait-il pas alors que la grande quantité d’électricité apportée dans les régions polaires par les nuages, et qui s’y condensent et tombent en neige, laquelle électricité serait attirée par la terre, mais ne pourrait traverser la glace ; ne se pourrait-il, dis-je, qu’elle traverse cette basse atmosphère et se répande dans le vide au-dessus de l’air et en direction de l’équateur ; se dispersant à mesure que les degrés de longitude augmentent ; très nettement visible quand elle est la plus dense et devenant moins visible à mesure qu’elle se disperse ; jusqu’à ce qu’elle trouve un passage vers la Terre dans des climats plus tempérés, ou se mélange aux couches supérieures de l’air. Si les choses de la Nature fonctionnaient vraiment comme je viens de le décrire, cela ne prendrai-il pas toutes les apparences d’une aurore boréale ».
Mikhaïl Vassilievitch Lomonossov (1711-1765) était un astronome et physicien russe. Né dans le Nord du pays, pas très loin du pôle Nord, il fut témoin de nombreuses aurores boréales. Il réalisa de nombreuses observations et il proposa une théorie en 1753 selon laquelle les aurores seraient engendrées par des décharges électriques dans une atmosphère où seraient présentes de nombreuses particules glacées. Nous pouvons donc faire un parallèle avec la théorie de Benjamin Franklin : l'idée que des décharges électriques sont nécessaires à la formation d’aurores est commune aux deux théories. Lomonossov publie un ouvrage, Rhetoric dans lequel nous trouvons un poème qui résume les questions se posant quant à l’origine des aurores :
« Mais où, oh Nature, est donc ta loi ?
Des terres de la nuit émerge l’aube.
N’est-ce pas le Soleil qui reprend son trône ?
N’est-ce pas le rayonnement des mers gelées ?
Regardez, une froide flamme nous entoure !
Regardez, dans la nuit, le jour a envahi la Terre ! »