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Le puzzle du chauffage de la couronne solaire : la dernière pièce ?

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La dernière pièce du puzzle concernant le mécanisme de chauffage de la couronne solaire vient peut-être d'être trouvée. L'énigme qui a fasciné des générations d'astrophysiciens solaires semble ne plus pouvoir résister aux efforts conjoints des équipes internationales de chercheurs utilisant des télescopes au sol, dans l'espace et des simulations informatiques puissantes. D'après une communication faite à Honolulu le 29 mai lors de l'American Astronomical Society Meeting, ce sont les ondes sonores provenant de l'intérieur du Soleil qui chaufferaient la chromosphère et la couronne.

Structure du Soleil.
Eclipse de Soleil, en blanc la couronne et en rouge la chromosphère.

Rappelons rapidement en quoi consiste cette énigme. C'est une constatation que tout un chacun peut faire, et qui est à la base de la thermodynamique, que la chaleur s'écoule spontanément d'un corps chaud vers un corps froid. Or, depuis longtemps déjà les astrophysiciens avaient mesuré la température de la surface du Soleil, la photosphère, et celle de la couche supérieure de son atmosphère que l'on voit en blanc sur les images d'éclipses, la couronne. La température est d'environ 6000 K dans le premier cas et de 2 000 000 K dans l'autre, autant dire que l'on fait bouillir de l'eau dans une casserole en la posant sur un bloc de glace !

Les observations du Soleil et les tentatives théoriques pour expliquer ce phénomène déroutant se sont donc multipliées au cours du temps. L'équipe responsable de la découverte présentée, comprenant des chercheurs comme Scott McIntosh et Alexei Pevtsov, a poursuivi dans cette voie en se servant des satellites d'observations SOHO et TRACE. Les observations obtenues ont été combinées avec celles du Magneto-Optical filters at Two Heights (MOTH), qui est un dispositif installé en Antarctique, et avec celles du télescope solaire Norvégien de 1m se trouvant aux Canaries.

Comme les astrophysiciens s'y attendaient depuis quelque temps déjà, la turbulence du plasma solaire en combinaison avec des effets de magnétohydrodynamique participe bien du phénomène de chauffage observé et c'est bien le champ magnétique qui contrôle en grande partie celui-ci. Mais la source d'énergie chauffant la couronne s'est révélée d'une origine toute différente : il s'agit des ondes sonores à l'intérieur du Soleil !

(Crédit: Zina Deretsky, National Science Foundation).

La science de l'héliosismologie est maintenant assez bien développée, et les chercheurs s'en  servent pour sonder les profondeurs de notre astre à partir des mouvements de sa surface tout comme les sismologues le font sur la Terre. Comme toutes les ondes, celles se propageant à l'intérieur du Soleil possèdent de l'énergie. Mais, jusqu'à présent, on pensait qu'elles restaient confinées à l'intérieur du Soleil. Ce que l'analyse des observations a montré, notamment à partir de simulations sur ordinateur qui leur ont été comparées, c'est qu'à l'occasion d'éruptions solaires sous forme de fontaines de plasma, la concentration du champ magnétique et les lignes de champs de celui-ci permettaient aux ondes sonores de dépasser la photosphère pour rejoindre la chromosphère puis la couronne.

Le champ magnétique agit donc en contrôlant l'ouverture du réservoir d'énergie interne du Soleil et en permettant aux ondes sonores de pomper de l'énergie dans l'atmosphère solaire. Un mécanisme qui ne semblait pas possible jusqu'à présent. Pour les chercheurs, les choses deviennent donc plus claires et les différentes connexions entre turbulence, champs magnétiques, ondes sonores et énergie thermique commencent à prendre forme au sein d'une image cohérente.

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