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En vidéo : les ondes d'Alfvén de la couronne solaire

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C'est une découverte importante que vient de réaliser une équipe de chercheurs menée par Steve Tomczyk du National Center for Atmospheric Research : la première observation de la présence d'ondes d'Alfvén dans la couronne solaire. Ces ondes, théorisées en 1942 par le prix Nobel de physique Hannes Alfvén, se retrouvent dans beaucoup de phénomènes magnétohydrodynamiques et on connaissait déjà leur existence dans l'héliosphère.

La couronne solaire (Crédit : Observatoire Midi-Pyrénées - Observatoire du Pic du Midi ).

Contrairement aux ondes sonores où l'on observe des variations de pression et de densité dans les milieux matériels dans lesquels elles se propagent, les ondes d'Alfvén dans un plasma de particules chargées plongées dans un champ magnétique reposent sur des déformations des lignes de champ magnétique. On parle d'ailleurs à leur sujet d'ondes de torsions.

C'est en couplant les équations de Maxwell de l'électromagnétisme avec les équations de Navier-Stokes de l'hydrodynamique que Alfvén a découvert la possibilité de la formation de telles ondes dans les plasmas. Cette prédiction a été confirmée en laboratoire dès 1949 par Lundquist, à partir d'études portant sur du mercure plongé dans un champ magnétique.

Les années 50 voient d'ailleurs se multiplier les travaux dans les domaines de la magnétohydrodynamique (MHD) et de la physique des plasmas et les travaux de Fermi et Chandrasekhar à ce moment là sont célèbres. Ces derniers cherchaient alors à comprendre les effets des champs magnétiques sur la propagation et l'origine des rayons cosmiques ainsi que sur la physique des étoiles.

Actuellement, on sait que les ondes d'Alfvén sont des mécanismes importants assurant le transport de l'énergie et de la quantité de mouvement dans différents systèmes astrophysiques et géophysiques. On les a par exemple observées aussi bien dans la magnétosphère terrestre que dans le plasma interplanétaire et certains pensent même qu'elles pourraient jouer un rôle important dans la dynamique complexe du noyau liquide ferreux de la Terre à l'origine de son champ magnétique. Les études sur les ondes d'Alfvén sont donc toujours intensément poursuivies et les résultats aujourd'hui publiés dans  Science le prouvent.

Les observations


A l'aide du Coronal Multi-channel Polarimeter instrument, les chercheurs ont traqué les mouvements du plasma dans la couronne solaire. En haut à gauche l'intensité de la lumière émise par la couronne, en haut à droite la largeur des raies spectrales, en bas à gauche les vitesses mesurées et enfin en bas à droite les oscillations de la vitesse des plasmas d'une période de 5 minutes environ (Crédit : Steve Tomczyk et Scott McIntosh, NCAR)

La mise en évidence de ces ondes dans la couronne solaire est importante car elles font très  probablement partie du mécanisme complexe contrôlant l'énergie et le flot de particules libérées à la surface du Soleil. Le comprendre c'est améliorer notre connaissance des liaisons entre l'activité du Soleil et ce qui se passe sur Terre et ailleurs dans le système solaire. En particulier, cela nous permettrait de progresser dans le domaine de la météorologie spatiale qui est central pour protéger notre civilisation technologique des changements d'humeur du Soleil. Le cas des électrons tueurs, capables de détériorer nos satellites de communications, est un exemple frappant des retombées possibles d'un perfectionnement de notre capacité de prévision de l'activité du Soleil.

Pour observer ces ondes, Tomczyk et ses collègues ont développé un instrument baptisé le Coronal Multichannel Polarimeter ou CoMP. Ils l'ont monté sur un télescope du National Solar Observatory du Sacramento Peak dans l'état du Nouveau Mexique. Comme il s'agit de la déformation des lignes de champ magnétique, l'observation n'est pas facile car l'intensité des effets associés est peu importante, notamment les variations d'intensité lumineuse dans la couronne qui se superposent à la lumière émise directement à la surface du Soleil.

A leur surprise, les physiciens solaires ont découvert que les ondes d'Alfvén existaient partout et en permanence à l'intérieur de la couronne. Les vitesses de propagation de ces ondes étaient souvent de plusieurs milliers de kilomètres par seconde !

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