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Fonctionnement des jets solaires

Dossier - À la découverte de l'atmosphère solaire
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Les entrailles du Soleil sont inaccessibles et il est difficile d’observer sa surface avec une bonne résolution. Les chercheurs utilisent donc des expériences numériques pour expliquer les phénomènes qui se déroulent au cœur de son atmosphère. Découvrez les événements solaires et leur simulation dans ce dossier.

  
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Les jets solaires font partie des phénomènes liés à l'activité du Soleil. Mais comment fonctionnent-ils ? Ils se produisent au niveau des taches solaires et sont dus à un déplacement de matière solaire suite à des « miniéruptions ». Les jets solaires sont générés par le principe de la reconnexion magnétique.

Comment fonctionnent les jets solaires ? © NASA/Goddard Space Flight Center, Wikimedia commons, DP

Les taches solaires sont des régions qui concentrent une quantité très importante d'énergie (jusqu'à plus de 1026 joules, soit près d'un milliard de fois celle de la bombe thermonucléaire la plus puissante ayant explosé sur Terre). Une grande partie de l'énergie emmagasinée est libérée lors des éruptions solaires (voir page suivante de ce dossier, sur les éruptions et éjections de masse coronale).

Il existe néanmoins de très nombreux événements actifs de moindre importance qui ont lieu au niveau des taches solaires et font partie de l'activité du Soleil. Ce sont les multiples « miniéruptions » et « microéruptions » qui, bien que beaucoup moins énergétiques et donc sans conséquences potentielles sur l'activité humaine, se déclenchent beaucoup plus fréquemment que les événements majeurs.

Observations par les satellites Stereo et Soho de l’évolution d’un « jet » au niveau d’un pôle solaire. © Soho, Stereo

La reconnexion magnétique à l'origine des jets solaires

Parmi ces miniéruptions, certaines induisent des « embrillancements » et des déplacements de la matière solaire qui sont aisément observables. C'est en particulier le cas des jets solaires. De la matière solaire peut ainsi être accélérée à des vitesses de l'ordre de centaines de kilomètres par seconde en quelques minutes. C'est le cas du jet présenté sur l'image ci-dessus. Ce jet, un des plus gros de sa catégorie, s'était développé au niveau du pôle nord géographique solaire. Plus d'un million de tonnes de matière solaire ont été éjectées à plusieurs centaines de milliers de kilomètres de la surface en moins de dix minutes.

Ces jets solaires sont générés par le même mécanisme qui provoque les plus grosses éruptions solaires : la reconnexion magnétique. La reconnexion magnétique est un phénomène qui a lieu à des échelles spatiales inférieures à quelques dizaines de mètres. Ces tailles caractéristiques sont bien plus petites que les détails les plus fins qui peuvent être résolus par les instruments actuels les plus performants. Seules les simulations numériques peuvent donc permettre de percer le mystère du déclenchement des événements actifs solaires par la reconnexion magnétique.

L'étude des jets, qui ont généralement lieu au niveau de systèmes magnétiques plus simples que ceux engendrant les éruptions, permet donc d'approcher et d'étudier la reconnexion magnétique en se départissant de la complexité des événements plus violents. La simulation numérique tridimensionnelle ci-dessous s'intéresse au déclenchement d'un de ces jets.

Cette simulation a été effectuée dans le cadre de travaux de recherche sur le supercalculateur du Centre informatique national de l'enseignement supérieur (Cines) et a fait intervenir environ un millier de processeurs interconnectés.


L'évolution de la matière solaire (en bleue) peut être étudiée lors d’une simulation numérique d’un jet solaire. Les lignes blanches et rouges tracent le champ magnétique. © Étienne Pariat

Évolution des lignes de champ magnétique

Il est ainsi possible d'expliquer comment un jet (en bleu) se forme au-dessus d'une concentration de champ magnétique (surface inférieure arc-en-ciel). Les lignes rouges et blanches tracent les lignes du champ magnétique. Les lignes rouges sont initialement fermées (image de gauche) : elles ont leurs deux extrémités attachées à la surface inférieure. Les lignes blanches sont, elles, dites ouvertes : un des pieds de ces lignes se trouve au niveau de la frontière inférieure, tandis que l'autre se trouve au sommet.

Au cours de la génération du jet, le mécanisme de reconnexion magnétique va modifier la position (la connectivité) des lignes de champ. Certaines lignes rouges vont s'« ouvrir » avec une de leurs extrémités située au sommet, tandis que certaines lignes blanches vont se « fermer », leurs deux pieds étant désormais situés au niveau de la surface inférieure. La reconnexion magnétique permet de couper et de recoller les lignes de champ magnétique. Ce faisant, la configuration magnétique va changer fondamentalement et entraîner des mouvements de matière, un peu comme le fait un élastique entortillé que l'on vient de rompre.

Ce changement de configuration entraîne l'accélération de la matière et son éjection vers le haut : on constate en effet que la matière bleue s'élève brutalement. Cette simulation permet aussi de retrouver la structure hélicoïdale fréquemment observée parmi les jets.