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.
Ces phénomènes ne sont pas que
visible sur Terre, il peuvent être observé sur
d'autres planètes de notre système
solaire comme Saturne
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/
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
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
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
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.
En inversant l'anode et la cathode nous avons reproduit les jets stellaires similaire à ceux du soleil.
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.
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.
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