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Mise à jour 15 Juin 2016

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CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
 «OÙ EN SOMMES-NOUS DE LA PRÉVISION DE L’ACTIVITÉ SOLAIRE ET DE SES IMPACTS SUR LA TERRE ?  LA MISSION SOLAR ORBITER»

Par Etienne PARIAT
Astronome LESIA Observatoire de Paris Meudon.

À l’AgroParisTech 16 rue C Bernard Paris 5.

Le Mercredi 8 Juin 2016 à 19H00  Amphi Tisserand

 

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 et des animations.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle :

En fait il y a deux power point, l’un sur l’activité solaire et l’autre sur Solar Orbiter. Les deux sont dans le dossier :

Pariat-SAF-Soleil-8juin2016, qui se trouve dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2015-2016. .

C’est un dossier très lourd car il comprend toutes les vidéos et animations.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse   https://www.youtube.com/playlist?list=PL1ZHG2CIuv2cGUBtUEwmhTOodiDMhDUlE

 

 

 

Une salle bien remplie malgré les grèves….

 

 

 

Il passe sa thèse en 2006 sur le champ magnétique solaire, puis part aux USA notamment au GSFC  dans la région de Washington, grand centre spatial s’intéressant au Soleil.

 

Après quelques années, il rentre en France et intègre le LESIA (Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique) à Meudon.

 

Etienne Pariat est maintenant responsable du Pôle Soleil à l’Observatoire de Meudon.

 

Sa page perso.

 

 

 

 

 

 

QU’EST-CE QUE L’ACTIVITÉ SOLAIRE ?

 

 

En fait contrairement à ce que l’on pourrait croire, la luminosité solaire  est relativement bien constante dans le temps, c’est ainsi que l’on peut définir une constante solaire :

 

Une remarque sur la constante solaire; c’est à dire la quantité de rayonnement qui arrive au niveau de l’atmosphère terrestre.

Hors atmosphère : 1367 W/m2 on l’appelle aussi  l’irradiance solaire.

Attention ce n’est pas ce qui arrive au sol, car les 1370 W/m2 sont pour une surface plane de 1m2, or la Terre est sphérique, et le rayonnement précédent arrive sur une surface 4 fois plus grande en 24H d’où la valeur au niveau de l’atmosphère (sphérique) terrestre : 1367 / 4 = 342 W/m2.

 

 

 

Si le Soleil semble peu actif dans le domaine visible, ce n’est pas le cas dans l’Ultra Violet.

 

L’atmosphère solaire vue en UV présente de fortes variations qui sont la cause de l’activité solaire.

 

Les régions actives  sont les endroits où se produisent les taches solaires, elles sont numérotées ARxxxx.

 

La fréquence des éruptions est inversement proportionnelle à leur taille.

 

 

L’activité solaire varie suivant un cycle moyen de 11 ans.

En minimum d’activité : peu de taches et d’éruptions, en maximum d’activité : nombreuses taches et éruptions

 

On remarque que le cycle actuel (24) a commencé en retard, le cycle précédent (23) a duré en fait plus de 11 ans, près de 13 !

 

 

Courbe : Hathaway NASA

 

 

 

 

 

 

QU’EST CE QU’UNE ÉRUPTION SOLAIRE?

 

Passons en revue les interactions Soleil-Terre :

 

Il y a :

·         Émission de lumière (photons)

·         Émission de particules chargées

·         Éjection de matière coronale

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)

 

 

 

 

Les éruptions sont chargées d’une énergie considérable, de l’ordre de 1026 Joule, soit approx 1 milliard de fois la puissance de la puissante bombe atomique, et même un millième de l’énergie de la rotation terrestre !

 

Une belle éruption enregistrée par Stereo.

 

NDLR :

« Les éruptions solaires sont classées en 3 catégories suivant la puissance de leur intensité rayons X (en W/m2):

C : commun (activité en n 10-6 W/m2)

M : modérée (ne cause que quelques perturbations radio) (activité en n 10-5 W:m2)

X : très énergétique (évènement majeur : peut perturber un pays entier) (activité en n 10-4 W/m2)

Chaque catégorie possède "n" sous catégories (correspondant au n de l'intensité), donc la plus dangereuse est celle avec le plus grand "n". Un événement C5.9 signifie type C de 5,9 10-6 W/m2"  »

 

 

 

Les particules chargées.

 

Des particules de l’atmosphère solaire sont accélérées à des vitesses relativistes, ce sont des électrons, des protons et des neutrons. Elles sont éjectées dans le milieu interplanétaire et parfois atteignent la Terre en 10 à 15 minutes. Leur énergie est très importante et elles peuvent générer des ondes radio qui sont alors détectées par les réseaux terrestres comme à Nançay ou dans les stations situées en Antarctique.

 

C’est un des processus lié au Soleil les moins connus et auquel Solar Orbiter devrait s’intéresser.

 

 

Les éjections de masse coronales (CME).

 

Les éjections de masse coronale (CME : Coronal Mass Ejection en anglais) sont d'énormes bulles de gaz chaud s'échappant du soleil à grande vitesse (300 à  2000 km/s).

Les masses mises en jeu sont de l’ordre de plusieurs millions à plusieurs milliards de tonnes de matière.

 

Ces évènements sont filmés et identifiés garce à des coronographes situés à bord de ces sondes solaires, comme SOHO ou à bord de STEREO par exemple.

 

Une superbe CME par SOHO en animation gif

 

 

La propagation de cette matière chargée prend de 1,5 à 4 jours pour atteindre la Terre.  Ces particules sont extrêmement dangereuses et c’est un des principaux soucis pour les vols interplanétaires humains.

 

Pour la première fois, un couple de vaisseaux spatiaux (les sondes STEREO) a pu filmer (voir vidéo plus loin) une tempête solaire complète depuis son origine sur notre étoile jusqu’à son arrivée sur Terre. La prévision de ces tempêtes solaires est essentielle pour notre planète, en effet en plus des aurores qui sont un phénomène sympathique, elles peuvent causer des dégâts très importants sur Terre et dans notre espace proche.

 

 

Clic sur l’image pour voir la propagation de la CME dans le syst solaire

 

 

 

 

 

 

 

Lorsque la CME quitte le Soleil, elle est très brillante et facile à voir, mais cette visibilité s’estompe lorsqu’elle s’éloigne du Soleil. Lorsqu’elle approche de Vénus, sa visibilité est déjà un milliard de fois plus faible que celle de la pleine Lune.

Arrivée près de la Terre ce n’est plus qu’un fantôme transparent.

 

Ce fut un énorme défi d’imager un tel phénomène ; plus de trois ans de travail !

 

Il a permis d’améliorer notamment les prédictions des heures d’arrivée qui était précédemment de +/- 4 heures.

 

 vidéo :

 

  

 

 

 

Le film complet : https://youtu.be/BxbrhfaZ7B4

 

 

 

 

Il existe de nombreuses vidéos de ce phénomène, on peut les trouver sur cette page du GSFC.

 

Je me permets de vous recommander les suivantes :

 

Une vidéo générale sur Stereo et les dernières données sur les CME atteignant la Terre, 3 minutes, très intéressant.

 

 

 

 

QUEL EST L’IMPACT DES ÉRUPTIONS SUR TERRE,

 

 

Film montrant le départ d’une CME et son arrivée sur Terre :

Vidéo :

 

 

 

 

 

 

 

Si le bon côté des perturbations solaires sont les aurores, les mauvais côtés sont beaucoup plus nombreux :

 

·         Dommages sur les satellites artificiels

·         Surtensions au niveau des centrales et des réseaux électriques

·         Coupures éventuelles de courant

·         Perturbations des ondes radio et sur les GPS

·         Radiations au niveau des astronautes et du personnel aviation

 

 

 

 

 

Image Crédit: NASA

 

 

 

 

 

 

 

COMMENT SURVEILLER L’ACTIVITÉ SOLAIRE ?

 

Depuis l’ère spatiale de nombreux satellites surveillent le Soleil en permanence comme on le voit sur ce dessin ci-contre.

 

Les plus connus sont SOHO, SDO, STEREO etc…

 

Mais notre astre du jour est aussi étudié depuis le sol notamment à partir de :

·         Meudon

·         Themis aux Canaries

·         Nançay

·         Pic du Midi

·         Hawai

·         Big Bear etc…

 

 

 

 

Tous ces instruments travaillant dans différentes gammes de longueur d’ondes nous donnent une image instantanée la plus précise possible.

 

Chaque type de rayonnement est adapté à une différente couche de l’atmosphère solaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La couronne solaire est des centaines de fois plus chaude que sa surface (2 millions de degrés par rapport à 5500°C !), pourquoi ?

 

C’est le mystère du Soleil qui n’est pas encore entièrement résolu.

 

A-t-on violé le 2ème principe de la thermodynamique (la chaleur va toujours du chaud vers le froid) ?

 

On pense que cette élévation de température serait due à des ondes magnétiques, les ondes de Alfven, qui réchaufferait le gaz extrêmement raréfié (donc plus facile à chauffer ?) de la couronne solaire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COMMENT SE DÉCLENCHENT LES ÉRUPTIONS ?

 

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, ce sont les endroits où il y a une forte concentration du champ magnétique.

 

Le magnétogramme est la carte du champ magnétique.

 

Les régions actives de taille moyenne de l’ordre de 100.000km, correspondent à ces régions intenses au point de vue magnétisme ;

 

Au centre des taches : 0,1 Tesla à comparer à 5 10-5 Tesla du champ terrestre. (Aimant type frigo : 0,01T)

Le flux magnétique étant de l’ordre de 1015 Wb (Weber unité de flux d’induction magnétique)

 

 

Les boucles coronales  que l’on voit à la surface su Soleil, sont les lignes de champ magnétique. Elles sont la structure de base de la couronne inférieure. 

Elles représentent la torsion du champ magnétique

 

L’énergie magnétique est la source d’énergie des éruptions solaires.

 

Cette énergie provient de l’intérieur du Soleil.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On pourra voir cette intéressante vidéo de boucles coronales intéressantes correspondant aux taches de la région AR1520 avant et après l’éruption de classe M7.7 du 19 Juillet 2012

Images de SDO : rouge (304A chromosphère) ; verte (171A les lignes de champ) ; bleue (211A la couronne)

Crédit NASA/SDO  AIA, EVE , HMI.

vidéo :

 

 

 

 

 

 

 

 

Les taches sont le résultat du processus appelé émergence du champ magnétique, des zones noires apparaissent qui sont les points de départ des futures taches solaires. Ces taches se forment la plupart du temps deux par deux comme la polarité du champ magnétique. Ces taches sont les zones de sorties de lignes de champ à la surface du Soleil.

 

Une vidéo explicative de ce phénomène concernant la région AR11158, où on plonge à 60.000km sous la surface. Images : SDO.

 

 vidéo :

 

 

 

 

 

Au cœur des éruptions on trouve le phénomène de reconnexion magnétique.

En effet les particules chargées du vent solaires se déplacent le long des lignes de champ, mais elles peuvent de temps en temps sauter d’une ligne à une autre, se produit alors ce phénomène de reconnexion magnétique, comme on peut le voir sur la petite vidéo suivante :

 

 

En a) : Représentation du mécanisme physique au travail dans une éruption.

La reconnexion magnétique dans la couronne convertit deux lignes de champ ouvertes (en violet) en ligne fermée (rouge) et ouverte (bleu) et réinjecte le plasma vers la surface du Soleil. Il en résulte des émissions X et UV.

En b) : Deux images du Soleil en UV (195 Angstrom) avant et après l’éruption

(Crédit SOHO)

 

On remarquera que la taille de la boucle au niveau de la surface du Soleil est de l’ordre de 108m, alors que le phénomène de reconnexion est de l’ordre du mètre !

 

 

 

 

Il faut savoir que l’ensemble des processus menant aux éruptions est à ce jour encore inconnu.

 

On n’est pas capable d’identifier les mécanismes déclencheurs.

 

Il est donc très délicat de faire des prédictions d’éruptions solaires, on ne peut que surveiller !

 

L’Europe met au point un programme de surveillance et de prédiction des éruptions qui s’appelle Flarecast.

 

 

CONCLUSIONS.

 

La météorologie de l’espace est un domaine en pleine maturation et en pleine évolution.

 

De nombreuses recherches théoriques doivent être menées pour comprendre tous les processus mis en jeu dans les éruptions.

 

Solar Orbiter devrait nous aider dans cette tâche.

 

 

 

 

SOLAR ORBITER.

 

 

L’ESA a conçu la mission Solar Orbiter qui devrait 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) ;

·         Des observations à distance rapprochée du Soleil avec très bonne résolution spatiale jamais atteinte permettant d’étudier les taches solaires sur plus de 13 jours.

·         Observations des boucles magnétiques.

 

 

Il y a un grand nombre d’orbites de prévues qui doivent  rapprocher  de plus en plus la sonde du Soleil.

 

 

On fera aussi varier la latitude solaire.

 

Comme on le voit sur ce graphique.

 

 

 

 

 

 

 

 

La proximité du Soleil, oblige à concevoir un bouclier thermique résistant à 600°C.

 

Cette sonde emporte 10 instruments dédiés de mesures à distance de l’atmosphère solaire et in-situ et dans le vent solaire.

 

 

Les buts de cette mission sont de répondre aux questions suivantes :

·         Comment le Soleil crée et contrôle l’héliosphère?

·         Pourquoi l’activité solaire varie avec le temps?

·         Qu’est ce qui génère le vent solaire et comment est généré le champ magnétique?

·         Comment les éruptions solaires produisent les particules énergétiques qui remplissent l’héliosphère?

·         Comment la dynamo solaire fonctionne-t-elle ? Comment contrôle-t-elle la relation Soleil-Héliosphère?

 

 

 

 

 

 

 

 

Solar Orbiter devrait être lancé en 2018, mais c’est un projet qui a démarré …dans les années 1990 ! La mission étant confirmée seulement en 2011.

 

 

 

 

La NASA aussi, 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.

Le bouclier doit résister à plus de 1000°C.

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Le soleil :.lien avec le climat, article tiré d’un astronews.

 

Tout savoir sur les taches, CME, éruptions etc.. sur ce site.

 

The sun today, solar facts and space weather.

 

Missions Supporting the Study of the Sun-Earth Connection: Heliophysics par la NASA.

 

Modèle 3D pour la formation de taches solaires par l’IRFU

 

The Heart of Space Weather Observed in Action par la NASA.

 

The science of space weather par la Royal Astronomical Society

 

L’activité du Soleil par l’Observatoire de Paris.

 

Le dossier Soleil sur ce site.

 

Le Soleil sous toutes ses faces : CR de la conf. IAP de N Vilmer du 7 oct 2014

 

Le Soleil et ses effets sur la Terre : CR de la conf IAP de G Aulanier du 7 Mai 2013

 

Les colères du Soleil : CR  conf G Aulanier RCE2012 du 3 nov 2012

 

Hinode et la physique du Soleil par S Tsuneta; présentation superbe! 

 

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 notre étoile et les étoiles : CR conf VEGA de JP Martin du 2 Fev 2013

 

Le Soleil dans tous ses états : CR de la soirée Planète Sciences sur ce sujet le 10 Juin 2006

 

Voyage aux sources du vent solaire : CR de la conf SAF M Maksimovic 13 Oct 2010

 

Solar Orbiter à l’ESA.

 

Solar Orbiter Mission  chez EO Portal  à lire, toute la mission est expliquée !

 

 

 

 

 

Prochaine conférence mensuelle de la SAF : Mercredi 14 Septembre 2016   19H00   AgroParisTech   Amphi Tisserand

Séance spéciale :

 

HOMMAGE À ANDRÉ BRAHIC.

 

 

Entrée libre mais réservation obligatoire. À partir du 15 Aout 2016 à partir  de 10H00.

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin   Président de la commission de cosmologie de la SAF

www.planetastronomy.com

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