On a capturé les aurores polaires !

Qu’est ce qu’une aurore polaire?

C’est une grande quantité d'électrons et de protons qui arrivent dans

l'atmosphère terrestre et excitent les atomes d'oxygène et d'azote, lesquels

deviennent subitement lumineux et produisent des voiles de lumière

colorée que sont les aurores polaires.

Voici des aurores polaires

vues sous différents points de

vue

Ces phénomènes ne sont pas que

visible sur Terre, il peuvent être observé sur

d'autres planètes de notre système

solaire comme Saturne

Quelles sont les causes de l’apparition d’une aurore polaire?

Le soleil naturellement émet de part sa chaleur des particules chargées qui ont

une vitesse moyenne de 400km/s.Ce phénomène est appelé vent solaire. Il est possible de voir en temps réel la

vitesse et la concentration de particules chargées de ce vent sur: http://

spaceweather.com/

Les éruptions solaires renforcent l'émission de ces particules

chargées

Celui-ci arrive jusqu’à la Terre et rencontre le champ magnétique

terrestre

TerreSoleil Vent

solaire

Champ magnétiqueterrestre

La ligne rouge représente les particule entrant dans le champ magnétique

terrestre au niveau des pôles

Nous sommes ici face au côté nuit du soleil

Dans la haute atmosphère les particules du vent solaire rencontrent

celles de la haute atmosphère.

La venue des particules solaires excite les particules de l’atmosphère terrestre

entraînant une émission de lumière ainsi que d'autres rayonnement

électromagnétiques

Cette excitation va se manifester par un changement de couleurs des particules de l’atmosphère

Nous avons donc essayé de reproduire ce phénomène au

lycée en reproduisant l’expérience de Birkeland.

Pour cela nous nous sommes munis d’une cloche à vide, d’une pompe à vide, d’un

générateur, d’un fil servant d’anode et d’une sphère

servant de cathode

générateur

Boussole pour indiquer le champ magnétique

Tuyau relié à la pompe à vide

Tige métallique servant de cathode ( - )

Sphère symbolisant la Terre et servant d’anode ( + )

Cloche à vide

Une fois ce montage installé, nous pouvons lancer le vide et éteindre

les lumières!

Une lumière violette apparaît sur la sphère et sur la tige métallique

Et voilà le résultat obtenu:

Hélas, le résultat obtenu n’est pas celui qui était souhaité.

Même Birkeland fut confronté à ce résultat :

La raison? La création d’un canal ionisant où se concentrent tous les

électrons. C’est le même phénomène que lorsque qu’un

éclair touche le sol

Effet similaire à celui d'un éclair

Pour réussir à obtenir des anneaux, nous avons remplacé la cathode.

A la place d’une tige avec un bout pointu au bout, nous avons

mis le fil seul pour éviter les décharges puis pour encore

diminuer ce risque nous avonsmis un disque de cuivre

pour augmenter la surface de la cathode

Nouvelle cathode, nouveaux résultats :

Nouvelle cathode

Formation d’anneaux

Des anneaux se forment au niveau des aimants situés dans la sphère.

Les aimants correspondent aux pôles magnétiques de la Terre.

Nous remarquerons que notre pôle nord correspond en réalité au pôle sud magnétique de la Terre.

Nous avons mis en évidence le placement de ces aimants en

mettant de la limaille de fer pour les localiser :

On voit bien ici la position des aimants

On notera que pour de meilleur résultat les aimants sont placés de manière à ce que le champ magnétique soit perpendiculaire au flux d'électrons.

Les aurores polaires se formant autour des pôles magnétiques de la

Terre, il est important de les localiser sur notre sphère.

Antarctique et pôle sud terrestre

Ceci explique pourquoi il se forme plus d’aurores aux pôles que sur le

reste du globe.

Échelle indiquant le nombre d’aurores dans l’hémisphère nord

Mais pourquoi les aurores ont-elles des couleurs si

particulières?

La couleur dépend de la nature des molécules qui sont excitées.

Par exemple, si la couleur est violette c’est que des molécules d’azote ont

été excitées.

Comment mesure-t-on un champ magnétique?

– On utilise un Teslamètre qui va nous donner l’intensité en Tesla de ce champ. Le Tesla est l’unité du système international mais il existe une autre unité, le gauss.

– 1 (Tesla) = 104 gauss

Aimants Terre RareUn aimant Terre Rare est aussi appelé aimant en neodymium et en samarium, ils sont issus de la dernière génération des matériaux magnétiques.Contrairement aux autres aimants ils ont des propriétés supérieurs en termes de rémanence (déf:Persistance de l'alimentation d'un barreau d'acier qui été soumis à l'action d'un champ magnétique).

Peinture conductriceet boule de noël

Nous avons découvert qu'il existait une peinture conductrice qui nous permettrait de faire des sphères à moindre coût puisqu'il nous suffit d'acheter des boules de noël en plastique vierge et appliquer notre peinture. Il ne reste plus qu'à mettre un aimant à l'intérieur et c'est parti mais il ne faut pas oublier de faire un petit trou à la base de la sphère pour laisser échapper l'air.

Une sphère en train de sécher après application de la peinture

Sphère fini, ici nous mesurons la puissance du champ magnétique de cette sphère.

Avec cette nouvelle sphère nous avons eu notre première aurore polaire

En inversant l'anode et la cathode nous avons reproduit les jets stellaires similaire à ceux du soleil.

Nous avons obtenue des trous coronaux similaires à ceux que l'on peut trouver sur

le soleil

Et pour finir nous avons réussi a obtenir le dernier résultat voulu: La ceinture de Van Allen

Une fois le résultat voulu obtenu, nous avons pu approfondir un

peu plus le sujet en observant le diamètre des anneaux en

fonction de la tension.

U = 700V U = 800V

U = 1000V U = 1100V

U = 1200V U = 1300V

U = 1400V U = 1500V

Exposition du projet

• Lors de le semaine de la fête de la science, le lycée organisa plusieurs ateliers et stands. Durant une après midi, nous avons présenté notre projet et montré nos expériences.

Projet Comenius

• Au mois de Mai 2009, nous nous rendrons en Turquie dans le cadre du projet coménius. Nous allons emmener notre expérience et la présenter à des élèves de primaire et de collège turcs. Des aurores polaires vont ainsi apparaitre en Turquie…

Nous remercions: M.JEANJACQUOT professeur de Sciences

Physiques pour son aide et son soutient,le lycée Charlie Chaplin ainsi que

M.LILENSTEN du laboratoire de planétologie de Grenoble.