Mise à jour 16 Novembre 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 !
Tous les autres enregistrements sont accessibles sur la
chaine
YouTube SAF.
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.
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.
Pour
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.
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
Boucles et éruptions vues par le satellite SDO :
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.
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 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
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..
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 :
Le film
complet : https://youtu.be/BxbrhfaZ7B4
UNE ÉRUPTION
EXCEPTIONNELLE : CELLE D’OCTOBRE 2021.
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 :
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..
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.
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.
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 :
EPD:
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.
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
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