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Mise à jour 16 Novembre 2021. rajout de certaines vidéos sur le Soleil le 22 Nov 2021  vidéo 6/12/2021

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF

Du Dr Allan Sacha BRUN

Directeur de recherche au CEA sur le Soleil, les étoiles etc 

Du Dépt. d’Astrophysique du CEA Paris-Saclay

« Le Soleil a rendez-vous avec la Terre ; de l’origine du magnétisme solaire à la météorologie de l’espace.»

Organisée par la SAF

En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF

Le Mercredi 10 Novembre 2021 à 19H00

 

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 si nécessaire

La présentation est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2021/2022 ; elle s’appelle : BRUN_SAFnov2021.pdf

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

 

La vidéo de la réunion est accessible :  plus tard, nous avons remarqué que le son était très mauvais, aussi nous reconfigurons l’enregistrement avec le son local. Donc patience !

vidéo : https://youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TrU7L43kh4rh7YN8Ga5TAwb

 

Tous les autres enregistrements sont accessibles sur la chaine YouTube SAF.

 

 

Une image contenant texte, personne, homme, intérieur

Description générée automatiquement

 

Le Dr. Allan Sacha Brun, est chef du LDE3 le Laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement.

 

Il est rattaché plus généralement à l’IRFU (Institut sur la Recherche des lois Fondamentales de l’Univers) du CEA-Saclay.

 

 

Ce labo a pour but d’étudier la dynamique interne et externe du Soleil, des étoiles et de leurs interactions avec leur environnement circumstellaire en particulier les planètes pour une vision dynamique des étoiles, des planètes dans leur environnement.

 

 

Le Dr Brun est aussi très impliqué dans la mission Solar Orbiter.

 

 

 

 

 

 

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Description générée automatiquement

Exceptionnellement, nous avons changé d’amphi, désolé pour le manque de marquage cette fois-ci.

 

Les nombreuses connexions YouTube font qu’en cette veille de 11 Nov, beaucoup ont préféré suivre la conférence à distance. À cette occasion, on s’est aperçu que le son diffusé n’était pas excellent, cela ne se reproduira plus j’espère. Merci à Laurent Dongé notre vidéaste aux commendes des caméras et de la table de mixage et merci aussi à Franck Gourdon et Thierry Midavaine pour YouTube.

 

La conférence commence par une explication générale sur les étoiles et leur mode de « fonctionnement » et leur évolution.

 

Brièvement : les étoiles se forment dans les grands nuages moléculaires froids et à un moment donné, l’accumulation de matière au centre est si importante que des réactions nucléaires se déclenchent ; une étoile vient de naitre.

 

 

Toute sa vie « utile » il y aura équilibre entre la pression du gaz due aux réactions nucléaires centrales qui poussent vers l’extérieur et la gravité qui a tendance à pousser vers l’intérieur.

 

Une image contenant texte

Description générée automatiquementPour que ce soit classée comme étoile, la masse de l’ensemble doit être au moins d’un dixième de la masse solaire, c’est la raison pour laquelle Jupiter, n’est pas une étoile sa masse était trop faible (0,001 masse solaire).

 

Cette importante masse des étoiles, leur permet de vivre longtemps ; dans le cas de notre Soleil, une dizaine de milliards d’années, néanmoins, plus l’étoile est massive et moins elle vit longtemps, elle épuise son carburant plus vite.

 

Sur la photo : en vert les UV B dangereux (coups de soleil) et en bleu les UV A moins dangereux (bronzage) qui pénètrent l’atmosphère. Les plus dangereux seraient les UV C mais ils sont arrêtés par l’ozone.

 

 

 

 

 

STRUCTURE DU SOLEIL.

 

 

 

Tc~15.5 106 K   densité au centre ~155 g/cm3

 

R~695 990km

 

M~320.000 M Terre

 

Le Soleil peut briller une dizaine de milliards d’années.

 

Mais quelle est sa source d’énergie ?

 

Une autre belle représentation du Soleil.

 

 

 

 

 

La source de cette énergie = FUSION NUCLÉAIRE

 

650 Millions de tonnes d’Hydrogène converties chaque seconde en Hélium + énergie

 

4 H à He4 + 2 e+ + 2 ne + énergie

 

À cette occasion 6,5 1010 neutrinos sont produits par cm2 et par seconde, ils proviennent du cœur même du Soleil.

 

HÉLIOSISMOLOGIE.

 

 

Comme le Soleil, presque toutes les étoiles oscillent, ces oscillations engendrent des ondes sonores qui se propagent dans l’étoile, cela permet de l’étudier de façon interne.

 

Les oscillations peuvent être de nature différente, pour le Soleil elles proviennent principalement de la surface.

 

Les différents modes de vibrations donnent des informations sur la matière solaire.

 

On étudie alors les sons parcourant le Soleil.

 

 

 

Ondes de gravité et ondes acoustiques.

 

 

 

 

 

Vitesse du son dans le Soleil :

·         500 km/s (Coeur)

·         200 km/s (base zc)

·         7 km/s (surface)

 

Il existe même un réseau de surveillance du soleil, qui s'appelle le GONG (acronyme de Global Oscillation Network Group, j'adore ce terme !!) et qui a pour but d'étudier le soleil par le principe d'héliosismologie.

 

 

 

 

 

 

 

CYCLE SOLAIRE.

 

Cycle magnétique solaire.

 

Introduction du diagramme papillon qui met évidence la migration des taches en latitude pendant un cycle de 11 ans.

 

Les tâches sont à des latitudes plus hautes quand l'activité du Soleil est forte.  

 

Ce sont les zones « actives » de la diapo.

 

C'est symétrique par rapport à l'équateur d'où ce diagramme "papillon", comme on le voit sur la diapo ci-contre.

 

 

 

 

 

 

 

 

Les taches vont et viennent suivant un cycle de 11 ans en moyenne (tous les 11 ans le champ magnétique du Soleil change de polarité)

Il y a des années avec beaucoup de taches : maximum solaire (solar max)

Les périodes sans taches ont correspondu dans le passé à un mini « âge glaciaire »

 

L’étude de la fréquence des taches est donc importante

On sait que dans l'histoire les périodes prolongées de minimum solaire (vers 1600-1700) ont correspondu à une mini période glaciaire.

C'est ce que l'on appelle le minimum de Maunder.

 

 

 

 

 

Une image contenant texte

Description générée automatiquement

 

Le CEA a mis au point un modèle correspondant aux lignes magnétiques solaires.

 

Animation présentée au public.

 

La vidéo complète sur la Simulation 3D de l’intérieur solaire montrant les processus à l’œuvre derrière le cycle solaire de 11 ans. Les mouvements convectifs turbulents du Soleil sont représentés par les structure bleues (descendantes) et rouges (montantes), qui transportent la luminosité du Soleil à sa surface.

à cette adresse : https://irfu.cea.fr/Images/Video/377/out.mp4

 

 explications du CEA :

Le champ magnétique de notre étoile, qui montre un cycle de 11 ans, est représenté dans l’intérieur du Soleil par le ruban blanc/bleu qui évolue maintenant au sein des structures turbulentes qui l’entourent. A l’extérieur du Soleil, nous représentons une extrapolation de ce même champ magnétique pour matérialiser son influence sur l’environnement du Soleil. Au cours de cette vidéo, le champ magnétique du Soleil subit un renversement complet, passant au pole solaire du jaune au bleu. A. Strugarek, 08-01-2020

 

 

 

 

 

Boucles et éruptions vues par le satellite SDO :

 

https://youtu.be/YgJ7lstc2y0

 

 

 

Superbe éruption solaire du 7 Juin 2011 (Classe M 2.0) vue sous trois longueurs d’onde différentes. Voir le site de l’auteur :

http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/SDO/Pm-nafe/Archive.htm

 

Crédit photo : 2015 M Druckmüller NASA/SDO  AIA 304 A ; 171 A ; 211 A    PM NAFE

 

Superbe vidéo à voir sur grand écran  :

http://druckmuller.fme.vutbr.cz/Videos/2011_06_07_4K.avi   (361 MB)

 

 

 

Voir aussi absolument ce pot-pourri d’éruptions de SDO.

 

On peut voir sur cette image gif, une superbe éruption (flare en anglais) prise par SDO le 7 Janvier 2014 correspondant à la zone AR 11944.

 

Une image contenant texte

Description générée automatiquement

Éruption magnétique : illustration d’artiste.

 

Vidéo en cliquant sur l’image.

 

On remarque que les régions d’activité intense sont formées de petites structures magnétiques (les lignes blanches) qui proviennent de l’intérieur et transperce la surface pour former les taches solaires (sunspots en anglais).

Ces structures deviennent des arcs brillants lorsque le plasma passe au travers de ces boucles magnétiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Une image contenant texte

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Une photo très impressionnante d’une éruption solaire avec la taille de la Terre pour comparaison.

 

Éruption produite le 27 Juillet 1999 et capturée par l’instrument EIT de la sonde solaire SOHO.

 

 

 

 

Crédit photo : SOHO, ESA/NASA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les cycles solaires 22 à 24.

 

 

Superbe : le Soleil à 360° en vidéo : https://youtu.be/OQgrY29tSAE

 

COURONNE ET VENT SOLAIRE.

 

 

Le soleil émet des particules dangereuses qui vont atteindre la Terre

Notre champ magnétique nous en protège

Cela provoque les aurores

 

 

 

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 d'après Parker) de l'ordre de 400 km/s..

 

Une image contenant texte, brillant, bleu, objet d’extérieur

Description générée automatiquement

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.

 

Clic sur l’image pour voir l’animation gif.

 

Vent solaire pris par les coronographes LASCO C2 et C3 de la sonde SOHO le 5 Janvier 2014. On voit parfaitement les deux énormes jets de particules.

 

Crédit ESA/NASA/SOHO/SDO/helioviewer

 

 

 

 

 

 

Le vent solaire et le champ coronal.

 

 

Graphes des vitesses (en km/s, les marques sont 50 et 100) du vent solaire en fonction de la latitude sur le Soleil.

 

Le graphique inférieur représente le nombre de taches solaires depuis la première orbite d’Ulysses (à gauche, en période minimum) jusqu’à la seconde orbite à droite (en période maximum). On couvre une période du cycle de 11 ans.

 

Que remarque-t-on ? Près de Solar min (à gauche), le vent est rapide là où les lignes de champ magnétique sont ouvertes (trous coronaux), alors qu’il est lent là où les lignes de champ sont fermées.

Près de Solar max (à droite), les trous coronaux de basse altitude donnent naissance à des vents rapides, ceux d’altitude moyenne donnent naissance à des vents plus ou moins lents.

 

Crédit : David J. McComas and Richard G. Marsden

 

 

Les trous coronaux sont des régions de faible densité du plasma dans la couronne, ils se signalent par des zones noires dans les images prises en X.

 

 

 

 

RELATIONS TERRE-SOLEIL.

 

 

Interaction Soleil-Terre. Crédit : NASA Goddard Space Flight Center

 

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

 

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 !

 

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

 

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 avec STEREO 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.

 

Voici la vidéo de la propagation d’une CME du Soleil jusqu’à la Terre :

 

 

https://youtu.be/B_xroLaoZYk

 

 

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

 

 

UNE ÉRUPTION EXCEPTIONNELLE : CELLE D’OCTOBRE 2021.

 

 

Une image contenant bleu, horloge

Description générée automatiquement

Une éruption solaire d’une puissance exceptionnelle classée X1 (de la moins puissante à la plus puissante : A, B, C, M et X) a pu être observée par des observatoires spatiaux. Cela s’est produit le 28 Oct 2021.

 

Notamment le satellite SDO de la NASA.

On peut la voir à cette adresse sur Twitter :

https://twitter.com/i/status/1453820081083932674

 

Ou sur YouTube fournie par le GSFC.

 

La sonde SOHO l’a aussi observée, la voici sur Twitter :

https://twitter.com/i/status/1453937327231832075

 

 

 

 

 

 

Toujours sur cette éruption de classe X d’Octobre 2021.

 

Un pot-pourri de l’observation par ces deux sondes :

https://youtu.be/jHGCVVyq8zw

 

 

Ce mois d’Octobre 2021 a été le lieu de nombreuses éruptions qui ont entraîné aussi des répercussions sur la Terre au point de vue Aurores, et cela a donné lieu à un festival d’aurores qui a été imagé par nos amis Suédois.

 

Cette tempête pourrait donner lieu à des aurores particulièrement belles et intéressantes. Donc tous les chasseurs d’aurores se sont mis à l’affut.

Ce show a été filmé par une caméra « fish-eye » située à Kiruna dans le Nord de la Suède, appartenant au réseau ESA.

Cela a donné naissance à cette vidéo superbe, une image a été prise toutes les minutes et ajouter à la vidéo..

https://youtu.be/hkAYlHHxf78

 

Crédit: All-sky camera, Kiruna Atmospheric and Geophysical Observatory (KAGO) within the Swedish Institute of Space Physics (IRF). Data provided as part of ESA’s Space Weather Service Network.

 

Si la couleur la plus répandue est le vert, il est rare de voir comme ici du violet aussi, cette couleur correspondant à l’azote ionisé.

Les aurores se sont formées aux alentours de 120 à 180 km d’altitude.

Cette caméra est opérée par la KAGO (Kiruna Atmospheric and Geophysical Observatory) de l’Institut Suédois de physique spatiale (IRF)

 

 

Le phénomène de reconnexion dans le cas de tempête solaire :

 

 

Une illustration de toutes les perturbations possibles dues au Soleil.

 

 

LE PÔLE NORD MAGNÉTIQUE SE DÉPLACE.

 

Une image contenant carte

Description générée automatiquement

Sur Terre, le pôle Nord magnétique se déplace au cours du temps, comme on le voit sur la slide projetée. (IGRF = International Geomagnetic Reference Field).

 

Et en plus grand à cette adresse.

 

Nombreux Renversements Environ tous les 250,000 ans

Un renversement prend ~7500 ans

 

Il semblerait que le Pôle Nord se déplace de plus en plus vite, il quitte le Canada et va se diriger vers la Russie.

 

 

 

 

 

 

LES MISSIONS SPATIALES EN COURS DÉDIÉES AU SOLEIL.

 

 

Il y a principalement deux missions dédiées au Soleil en ce moment qui sont complètement décrite sur mon site astro.

 

·         La mission Parker Solar Probe (PSP) de la NASA et

·         La mission Solar Orbiter de l’ESA/JAXA

 

S’y reporter pour plus de détails, sinon en quelques mots :

 

Parker Solar Probe :

La NASA n’a peur de rien, elle conçoit une mission solaire, la sonde Solar Probe +, rebaptisée Parker Solar Probe en l’honneur d’Eugene Parker le célèbre héliophysicien, qui devrait pouvoir s’enfoncer dans l’atmosphère solaire (la couronne), à cette occasion on devait essayer de comprendre pourquoi son atmosphère est beaucoup plus chaude (approx un million de degré) que sa « surface » (approx 5000°C) et aussi d’où vient le vent solaire qui nous atteint de temps en temps.

Afin de s’approcher aussi près de l’astre du jour, l’engin sera équipé d’un tout nouveau bouclier thermique de grande taille (2,4m de diamètre et 12cm d’épaisseur) à base de mousse de carbone, cela devrait lui permettre de résister à des températures de l’ordre de 2000°C et résister aux radiations mortelles.

C’est quand même une mission suicide qu’on développée les ingénieurs et techniciens du célèbre JHUAPL (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) du Maryland ; ils se basent aussi sur leur expérience de la mission Messenger vers Mercure. On espère quand même utiliser cette sonde le plus longtemps possible.


Une image contenant texte, personne, transport

Description générée automatiquement

Cette sonde va explorer des espaces encore vierges, nous n’avons jamais été aussi près du Soleil et cela devrait nous permettre de répondre à de nombreuses questions fondamentales que l’on se pose depuis des décennies ; notamment pourquoi donc la couronne est-elle bien plus chaude que la surface ? Ceci semble violer la seconde loi de la thermodynamique : le chaud va vers le froid et non le contraire !

De plus les nombreuses données que l’on va recueillir nous permettront d’améliorer les prévisions de la météo spatiale.

Lors de son passage au plus près du Soleil, la vitesse de la sonde de 600 kg, devrait atteindre près de 200 km/s, 5 fois plus vite que New Horizons.

Illustration : NASA .

 

 

 

 

 

Solar Orbiter :

 

La grande mission solaire de l’ESA, Solar Orbiteri a la particularité d’être sur une orbite polaire, on va enfin pouvoir imager les pôles du Soleil. Ce ne sera pas sa seule caractéristique, elle va aussi étudier les liens Terre-Soleil et les tempêtes solaires.

 

On sait que le voyage vers le Soleil est compliqué, il faut lutter contre son attraction, à cet effet, on va effectuer plusieurs assistances gravitationnelles une autour de notre planète et plusieurs autour de Vénus. La sonde mettra deux ans à s’approcher de sa cible. Elle devrait au cours du temps se mettre sur une orbite inclinée par rapport à l’équateur solaire de 17° puis plus tard de 33°, nous verrons ainsi le Soleil sous des angles nouveaux ! Elle devrait s’approcher de 42 millions de km de la surface du Soleil, un bouclier thermique d’un nouveau genre en Titane de 30 cm d’épaisseur devrait permettre d’affronter la chaleur intense (approx 500°C).

 

Les différents instruments à bord de Solar Orbiter.

 

Ces 4 instruments sont situés sur la longue perche (boom en anglais) qui s’est dépliée :

 

Une image contenant transport, tenant, table, homme

Description générée automatiquementEPD: Energetic Particle Detector

MAG: Magnetometer

RPW: Radio and Plasma Waves

SWA: Solar Wind Plasma Analyser

Les autres sont sur le corps principal :

EUI: Extreme Ultraviolet Imager

Metis: Coronagraph

PHI: Polarimetric and Helioseismic Imager

SoloHI: Heliospheric Imager

SPICE: Spectral Imaging of the Coronal Environment

STIX: X-ray Spectrometer/Telescope

Illustration : ESA/ATG media lab

 

 

 

 

 

 

Solar Orbiter: journey around the Sun : poster explicatif des différentes orbites.

 

 

LES « FEUX DE CAMPS » SOLAIRES DÉCOUVERT PAR SOLAR ORBITER :

 

La sonde solaire de l’ESA, Solar Orbiter, lancée en Février 2020, toujours en phase de croisière, commence à faire des découvertes importantes concernant la température élevée de la couronne solaire, un des grands mystères de l’astrophysique.

 

Les premières images de l’instrument EUI (Extreme Ultraviolet Imager) de la sonde Solar Orbiter ont montré seulement quelques mois après son décollage, la découverte de plus de 1500 de ces « feux de camp ».

Ils sont de très courtes durées, entre 10 et 200 secondes et n’occupent pas plus de 400 à 4000 km à la surface.

Il semble aussi que ces « feux de camp » soient positionnés bas dans l’atmosphère solaire, quelques milliers de km au-dessus de la surface.

C’est assez extraordinaire pour un engin qui n’est pas encore en service opérationnel complet, mais toujours en phase de croisière, et que tous ses instruments n’ont pas encore été activés, activation prévue pour Novembre 2021.

 

 

 

 

 

 

 

 

Une image contenant personne, intérieur

Description générée automatiquement

 

 

 

 

 

Pour terminer la plus belle CME.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

The solar dynamo par la NASA.

 

Pourquoi le champ magnétique terrestre s’inverse-t-il ?

 

Le champ magnétique terrestre : Toujours plus à l’Ouest comme dirait Tournesol 

 

The heart of the sun rotates about 4 times faster than its surface

 

Le vent solaire chez Wikipedia.

 

Distributions of solar wind speeds at solar minimum and maximum

 

Origine et risques du magnétisme solaire par AS Brun.

 

SDO chez eo pportal : https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/s/sdo

 

Admirez cette spectaculaire éruption que vient juste d’émettre le Soleil

 

Une éruption solaire monstre suivie d'un tsunami vient d'être observée à la surface du Soleil

 

Campfires on the Sun par le Max Planck Institute

 

Programme National Soleil Terre.

 

 

Quelques CR de conférences sur le sujet :

 

Le Soleil et son influence sur la Terre : CR de la conf SAF d'Etienne Pariat du 8 Juin 2016

 

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

 

Le Soleil, notre étoile : CR conf JP Martin RCE2012 du 2 nov 2012

 

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

 

Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 8 Décembre 2021 à 19H00  au CNAM amphi Grégoire (220 places). Philippe LAUDET du CNES Astrophysicien chef du projet SEIS sur Insight, nous parlera de : SEIS : UN SISMOMÈTRE FRANÇAIS SUR MARS. UNE AVENTURE HUMAINE ET TECHNOLOGIQUE..  
Réservation comme d’habitude ou à la SAF directement.

Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF Sinon à suivre en direct : https://youtu.be/dEYzUxHXLIg

 

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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