Des explosions magnétiques inconnues à la surface du Soleil

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La sonde Parker Solar Probe n'est pas la seule mission dans l'espace à être sur la piste de la solution à l'énigme du chauffage de la couronne solaire. Depuis son lancement en février 2010, le satellite SDO (Solar Dynamics Observatory) ne fait pas que nous fournir de somptueuses images de l'activité du Soleil, il permet d'étudier également la structure de son champ magnétique afin de comprendre comment l'énergie produite par notre étoile est rejetée dans l'héliosphère et l'environnement spatial sous la forme de vent solaire, d'éruptions solaires et d'éjection de masse coronale.

SDO a notamment fourni un film spectaculaire montrant la formation d'une boucle coronale qui illustre bien l'importance de la dynamique des lignes de champs indiquant les forces magnétiques et leurs influences sur les particules chargées du plasma solaire. Pour décrire ce genre de phénomène, il faut faire intervenir les lois de la magnétohydrodynamique (MHD), du nom de la théorie créée par le prix Nobel de physique suédois Hannes Alfvén, en couplant les équations de Maxwell de l'électromagnétisme avec les équations de Navier-Stokes de l'hydrodynamique pour décrire le comportement d'un fluide conducteur de courant électrique (liquide ou gaz ionisé) en présence de champs électromagnétiques.

Une présentation de la découverte faite avec SDO concernant un type de reconnexion magnétique. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa's Goddard Space Flight Center

Aujourd'hui le physicien solaire Abhishek Srivastava vient de faire savoir avec ses collègues via un article publié dans The Astrophysical Journal et en accès libre sur arXiv que SDO avait permis de mettre en évidence une explosion solaire magnétique encore jamais observée par les yeux en orbite de l'humanité, mais qui avait néanmoins été prédite théoriquement il y a une quinzaine d'années. Derrière ce phénomène, se cache la notion de reconnexion magnétique forcée.

La  notion de reconnexion magnétique spontanée est, quant à elle, connue et observée depuis plus longtemps. Il faut savoir que les lignes de champs magnétiques du Soleil sont dynamiques et qu'elles sont en quelque sorte gelées dans le plasma solaire qui se comporte comme un fluide chaud, en mouvement, chargé d'énergie également sous forme magnétique. Les mouvements de ce fluide peuvent être modifiés par la déformation des lignes de forces magnétiques et inversement.

Les flèches rouges symbolisent les mouvements du plasma. Lorsque ceux-ci se rapprochent des lignes de champ magnétique d’orientation très différente, en noir, on observe une zone de courant intense, en bleu. Sur la figure de droite, l’intensité du courant ayant dépassé un seuil critique, la reconnexion magnétique a eu lieu et la topologie du champ est modifiée. © Lesia, Observatoire de Paris

Lors d'une reconnexion spontanée, tout part de la dynamique des lignes de champs. On peut les imaginer localement parallèles initialement, puis elles se déforment pour se toucher, formant une sorte de X (voir la vidéo ci-dessus). L'énergie magnétique stockée et concentrée à ce moment-là est brutalement convertie en d'autres formes d'énergie, notamment sous forme de chaleur et aussi d'énergie cinétique pour le fluide de particule du plasma. Cette conversion s'accompagne d'une reconfiguration des lignes de champs qui se séparent en donnant une autre topologie comme on peut le voir illustré sur le schéma ci-dessus.

Dans le cas d'une reconnexion forcée, comme le montre également le même schéma, ce sont les mouvements du plasma qui entraînent les lignes de champs magnétiques, comme si une force externe les pinçait. En l'occurrence dans le cas de SDO, c'est une autre instabilité dans le plasma solaire ayant entraîné une sorte d'explosion qui provoque ces mouvements menant in fine à l'explosion magnétique qui n'avait jamais encore été observée jusqu'à présent.

Selon Abhishek Srivastava, cette découverte « pourrait être très utile pour comprendre d'autres systèmes. Par exemple, les magnétosphères terrestres et planétaires, d'autres sources de plasma magnétisé, y compris des expériences en laboratoire où le plasma est hautement diffusif et très difficile à contrôler ». 

Le 31 août 2012, un long filament de matériau solaire qui flottait dans l'atmosphère du Soleil, la couronne, a éclaté dans l'espace. L'éjection de masse coronale ou CME résultante s'est éloignée du Soleil à plus de 900 km/s. Cette photo montre l'éjection capturée par plusieurs satellites solaires de la Nasa (SDO, Stereo, Soho). © Nasa
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