Mise à jour le 11 Octobre 2014
CONFÉRENCE
«LE SOLEIL SOUS TOUTES SES FACES»
Par Nicole VILMER Astrophysicienne au LESIA
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 7 octobre 2014 à 19H30
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par Canal U (ce n’est plus le CERIMES) disponible sur leur site quelques jours après (Canal U propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) :
Voir : http://www.canal-u.tv/auteurs/institut_d_astrophysique_de_paris_iap/videos#element_2
BREF COMPTE RENDU
Nicole Vilmer est astrophysicienne au LESIA : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique, elle est spécialiste de l’étude de notre étoile : le Soleil.
Elle nous parle des apports satellitaires sur l’étude du Soleil.
Les premières taches solaires ont été observées par Galilée en 1612 mais aussi par le Jésuite Christoph Scheiner astronome à l’Université d’Ingolstadt vers 1611.
Les taches solaires sont un signe de la présence du champ magnétique solaire.
(NDLR : sur l’origine du champ magnétique du Soleil voilà ce qu’en dit le Dr Hathaway : On sait aujourd'hui que le champ magnétique solaire est produit par le déplacement de particules chargées tels les électrons et les ions. En pratique c'est à l'endroit où les lignes de force de ce champ magnétique percent la surface solaire qu'apparaissent les taches
sombres dont l'évolution suit le cycle de l'activité des champs magnétiques. Quant aux protubérances elles sont en sustentation grâce aux champs de forces du champ magnétique qui donnent également leurs formes aux structures qui apparaissent dans la couronne.
Les champs magnétiques sont donc à la source virtuelle de tous les détails que l'on observe à la surface du Soleil. Sans ces champs magnétique le Soleil serait une étoile bien ennuyeuse à regarder.)
En fait ce champ est donc produit par la rotation interne du gaz conducteur de courant électrique.
OBSERVATIONS SOLAIRES : LES POSSIBILITÉS ACTUELLES.
Depuis la Terre, on ne peut voir que les longueurs d’onde « visibles » du Soleil et certaines fenêtres en ondes radio, mais toutes les autres longueurs d’onde nous sont cachées par notre atmosphère. Il faut donc aller dans l’espace pour avoir plus d’informations.
Voilà quelques exemples de différentes vues du Soleil suivant les longueurs d’onde.
De nombreux satellites sont dédiés à l’étude du Soleil, on en voit une grande partie sur ce schéma ci-contre.
Ces satellites permettent d’observer le Soleil mais aussi son influence sur la Terre.
Les satellites les plus importants ont été ou sont :
Etc..
Ces satellites ont différents filtres afin de photographier le Soleil en différentes longueurs d’onde.
Le vent solaire (solar wind) est un flot de particules (protons essentiellement, électrons noyaux d'hélium) s'échappant de la couronne solaire (plasma de plusieurs millions de degrés) à très grande vitesse (dépassent leur vitesse de libération) de l'ordre de 400km/s. Il atteint la Terre en 4 à 5 jours. Ce vent baigne tout le système solaire de façon spiralée (comme un jet d'eau sortant d'un tourniquet d'arrosage) ceci est dû à
la rotation du Soleil. (NDLR)
Les éjections de masse coronale (CME : Coronal Mass Ejection en anglais) sont d'énormes bulles de gaz chaud (plasma) s'échappant du Soleil à grande vitesse (peut atteindre plusieurs milliers de km/s), une certaine partie de cette matière émise retombe sur la surface du Soleil. Elles s’ajoutent aux autres particules émises en permanence et s’ajoutent au vent solaire.
Ce sont des particules, elles mettent donc un certain temps avant d’atteindre la Terre, de 1 à 3 jours.
Une superbe CME par SOHO en animation gif (NDLR)
Des sondes comme STEREO permettent d’étudier le Soleil sous différents angles.
STEREO, (acronyme pour Solar TErrestrial RElations Observatory) est une mission qui comporte deux satellites d'étude du Soleil : l'un placé "en avant" de la Terre (Stereo-A leading en anglais ou ahead) et l'autre "en arrière" (Stereo-B lagging ou trailing en
anglais ou behind) permettant ainsi des vues stéréoscopiques du Soleil.
Pourquoi deux sondes? En fait seuls des points de vue multiples permettent de comprendre la géométrie des structures observées et traversées. Ils sont situés sur des points qui s'écartent de la Terre de 22,5° par an, la première année ils seront donc à 45° entre eux, la deuxième à 90° etc..
Voici un exemple de ce mélange d’informations lors de l’activité solaire d’Août 2010 vue par les instruments SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation) de STEREO.
En haut de g à d : Stereo B images de HI1 et HI2 (HI : Heliospheric Imager), Coronographe 1 et Corono 2, HI1 et HI2 de Stereo A.
Rangée du bas : Images des EUVI (Extreme UV Imager) et des coronographes de Stereo B (gauche) et Stereo A (droite).
Certains instruments permettent aussi d’étudier ce qui se passe derrière le Soleil.
LE SOLEIL : UNE ÉTOILE ACTIVE.
L’atmosphère du Soleil, c’est la couronne solaire, elle est très active et donne lieu à des éruptions très énergétiques.
On la voit particulièrement bien lors d’éclipses solaires, comme sur ce montage, lors de l’éclipse totale du 11 Août 1999.
La partie centrale est une photo dans le visible de S Koutchmy, elle est superposée à une photo de SOHO du coronographe LASCO dans le visible aussi.
Une superposition parfaite !
Le grand mystère du Soleil : la couronne est beaucoup plus chaude (plasma de l’ordre de un million de degrés) que la surface du Soleil (4500°C).
Ce plasma est structuré par le champ magnétique solaire, ses différences de températures se mesurent grâce à l’emploi de différentes longueurs d’onde, comme sur SDO, toutes dans l’extrême UV.
Ces filtres permettent de pénétrer plus ou moins profondément dans la couronne.
Cette vue montrent les différentes possibilités à bord de SDO.
Mais si la variation de luminosité du Soleil dans le visible est faible voire même très faible (heureusement pour nous NDLR !) ; la variation en X est énorme comme on le voit sur cette courbe.
En ordonnée : la quantité de lumière émise par le Soleil (en X) et en abscisse le temps. Le flux solaire varie énormément, parfois d’un facteur 1000 comme on le voit dans cet exemple de Janvier 2005.
Ce sont des causes d’éruptions solaires.
Pour le voir en continu sur le site de GOES.
Le programme GOES (Geosynchronous Operational
Environmental Satellite) est basé sur les relevés d’une famille de satellites de la NASA d’observation du Soleil.
Le Soleil est actif, car magnétique !
Une tache solaire (sunspot en anglais) est liée au champ magnétique du soleil, elle apparaît sombre car elle est moins chaude de quelques mille degrés que le reste de la photosphère. C'est un point de sortie (ou d'entrée) du champ magnétique, elle peut durer plusieurs jours. Elles vont généralement par paire. Les taches solaires obéissent à un cycle approximatif de 11 ans (le champ magnétique solaire s'inverse tous les 11 ans.)
(NDLR)
Les taches sont donc une des manifestations externes du champ magnétique interne, champ magnétique généré sous la surface à approximativement 1/3 du rayon solaire.
Le champ au niveau des taches est de l’ordre du millier de Gauss (le champ terrestre : 0,5 Gauss !).
Ce champ est concentré dans ces régions actives.
Une éruption solaire (solar flare en anglais) ou protubérance (prominence en anglais) est une explosion à la surface du Soleil (due à une variation brutale du champ magnétique) qui émet des particules gamma et X, protons et électrons très énergétiques.
Quand ces particules atteignent la Terre, elles donnent naissance au phénomène d'aurores, mais elles peuvent surtout si elles sont puissantes, perturber toutes les installations électriques terrestres.
Ce sont des photons (sans masse donc) qui atteignent la Terre en 8 minutes. (NDLR)
Une belle éruption enregistrée par Stereo.
Ces éruptions sont provoquées par une énorme accumulation d’énergie magnétique, due au phénomène de reconnexion magnétique, c’est une perturbation qui va réordonner les lignes de champ magnétique.
Les éruptions émettent une énergie de l’ordre de 1025J, un chiffre énorme !
Les CME sont souvent liées aux éruptions solaires, mais cette question est toujours en débat.
Beaucoup de questions en suspens :
Comment sont initiées les CME ?
Comment se propagent les CME de la couronne vers le milieu interplanétaire ?
Les observations du Soleil vues de la Terre et vues par les deux Stereo devraient nous aider à répondre.
On peut avoir une vision stéréoscopique de ce qui arrive sur Terre.
Comme on peut le voir sur cette vidéo de Stereo (https://www.youtube.com/watch?v=BxbrhfaZ7B4 ) que je reproduis ici :
Explications supplémentaires ici. Ou ICI
Impact des CME sur la Terre :
· Compression des lignes de champ
· Phénomène de reconnexion
· Aurores
· Interférences magnétiques au sol (coupure courant) et dans l’espace (satellites)
Les CME vont se propager ensuite dans le milieu interplanétaire (les ICME).
LE FUTUR.
Plusieurs projets :
La mission Solar Orbiter est une nouvelle mission de l’ESA. Elle doit procéder à des mesures dans le vent solaire à des distances jamais atteintes auparavant (périhélie minimum prévu aux alentours de 0,3 unité astronomique, soit entre 50 et 60 rayons solaires de la surface)
La NASA n’a peur de rien, elle conçoit une mission solaire, la sonde Solar Probe +, qui devrait pouvoir s’enfoncer dans l’atmosphère solaire (la couronne) encore plus que Solar Orbiter de l’ESA, jusqu’à moins de 10 rayons solaires.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Origine du champ magnétique du Soleil par Luxorion et le Dr Hathaway du MSFC spécialiste du Soleil.
Le champ magnétique solaire par l’Observatoire de Paris.
Tout sur le Soleil sur ce site.
Vidéo montrant la différence entre CME et éruptions solaires.
Voyage aux sources du vent solaire : CR de la conf SAF M Maksimovic 13 Oct 2010
Le Soleil , fusion et changement climatique : CR de la conf SAF de RM Bonnet le 10 Oct 2012
Du Soleil à la Terre, la mission STEREO : CR de la conférence SAF de F Auchère du 17 Janv 2008
Le Soleil et ses effets sur la Terre : CR de la conf IAP de G Aulanier du 7 Mai 2013
Le Soleil notre étoile et les étoiles : CR conf VEGA de JP Martin du 2 Fev 2013
Hinode et la physique du Soleil par S Tsuneta; présentation superbe lors du colloque du COSPAR de Janvier 2010.
Bon ciel à tous !
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
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