L’atmosphère du Soleil est des centaines de fois plus chaude que sa surface – voici pourquoi -Ecologie, science


La surface visible du Soleil, ou le photosphère, est d’environ 6000 ° C. Mais à quelques milliers de kilomètres au-dessus – une petite distance si l’on considère la taille du Soleil – l’atmosphère solaire, également appelée couronne, est des centaines de fois plus chaud, atteignant un million de degrés Celsius ou plus.

Cette pointe de température, malgré l’augmentation de la distance par rapport à la principale source d’énergie du Soleil, a été observée dans la plupart des étoiles et représente un puzzle fondamental que les astrophysiciens réfléchissent depuis des décennies.

En 1942, le scientifique suédois Hannes Alfvén a proposé une explication. Il a émis l’hypothèse que les ondes magnétisées de plasma pouvaient transporter d’énormes quantités d’énergie le long du champ magnétique du Soleil de son intérieur à la couronne, contournant la photosphère avant d’exploser de chaleur dans la haute atmosphère du Soleil.

La théorie avait été provisoirement acceptée – mais nous avions encore besoin de la preuve, sous forme d’observation empirique, que ces ondes existaient. Notre étude récente a finalement atteint cet objectif, validant la théorie vieille de 80 ans d’Alfvén et nous rapprochant de l’exploitation de ce phénomène de haute énergie ici sur Terre.

Questions brûlantes

le problème d’échauffement coronaire a été établi depuis la fin des années 1930, lorsque le spectroscopiste suédois Bengt Edlén et l’astrophysicien allemand Walter Grotrian ont observé pour la première fois des phénomènes dans la couronne du Soleil qui ne pouvaient être présents que si sa température était quelques millions de degrés Celsius.

Cela représente des températures jusqu’à 1000 fois plus chaudes que la photosphère en dessous, qui est la surface du Soleil que nous pouvons voir depuis la Terre. L’estimation de la chaleur de la photosphère a toujours été relativement simple: il suffit de mesurer la lumière qui nous parvient du Soleil et comparez-le à des modèles de spectre qui prédisent la température de la source de lumière.

Au cours de nombreuses décennies d’études, la température de la photosphère a été constamment estimée à environ 6 000 ° C. La découverte d’Edlén et Grotrian selon laquelle la couronne du Soleil est tellement plus chaude que la photosphère – bien qu’elle soit plus éloignée le noyau du Soleil, sa source ultime d’énergie – a conduit à beaucoup de grattage dans la tête de la communauté scientifique.

La chaleur extrême de la couronne solaire est l’un des problèmes les plus épineux de l’astrophysique.

Les scientifiques se sont penchés sur les propriétés du Soleil pour expliquer cette disparité. Le Soleil est composé presque entièrement de plasma, qui est un gaz hautement ionisé qui transporte une charge électrique. Le mouvement de ce plasma dans le zone de convection – la partie supérieure de l’intérieur solaire – produit d’énormes courants électriques et de puissants champs magnétiques.

Ces champs sont ensuite entraînés depuis l’intérieur du Soleil par convection, et grouillent sur sa surface visible sous la forme de taches solaires sombres, qui sont des amas de champs magnétiques qui peuvent former une variété de structures magnétiques dans l’atmosphère solaire.

C’est là qu’intervient la théorie d’Alfvén. Il a estimé que dans le plasma magnétisé du Soleil, tout mouvement en vrac de particules chargées électriquement perturberait le champ magnétique, créant des ondes qui peuvent transporter d’énormes quantités d’énergie sur de grandes distances – de la surface du Soleil à sa haute atmosphère. . La chaleur voyage le long de ce qu’on appelle tubes à flux magnétique solaire avant d’éclater dans la couronne, produisant sa température élevée.

Un diagramme des différentes caractéristiques du soleil
Les taches solaires sont des taches plus sombres sur la surface du Soleil.
Art sibérien / Shutterstock

Ces ondes de plasma magnétiques sont maintenant appelées ondes d’Alfvén, et leur rôle dans l’explication de l’échauffement coronaire a conduit Alfvén à obtenir le prix Prix ​​Nobel de physique en 1970.

Observer les ondes d’Alfvén

Mais il restait le problème de l’observation effective de ces vagues. Il se passe tellement de choses à la surface du Soleil et dans son atmosphère – des phénomènes bien plus grands que la Terre à de petits changements inférieurs à la résolution de notre instrumentation – qu’une observation directe des ondes d’Alfvén dans la photosphère n’a pas été obtenue auparavant.

Mais les progrès récents de l’instrumentation ont ouvert une nouvelle fenêtre à travers laquelle nous pouvons examiner la physique solaire. L’un de ces instruments est le Spectropolarimètre bidimensionnel interférométrique (IBIS) pour la spectroscopie d’imagerie, installé au Dunn Solar Telescope dans l’État américain du Nouveau-Mexique. Cet instrument nous a permis de faire des observations et des mesures beaucoup plus détaillées du Soleil.

Combiné avec de bonnes conditions de visualisation, des simulations informatiques avancées et les efforts d’une équipe internationale de scientifiques de sept instituts de recherche, nous avons utilisé l’IBIS pour enfin confirmer, pour la première fois, l’existence d’ondes d’Alfvén dans les tubes à flux magnétique solaire.

Nouvelle source d’énergie

La découverte directe des ondes d’Alfvén dans la photosphère solaire est une étape importante vers l’exploitation de leur potentiel énergétique élevé ici sur Terre. Ils pourraient nous aider à rechercher la fusion nucléaire, par exemple, quel est le processus en cours à l’intérieur du soleil cela implique que de petites quantités de matière soient converties en énormes quantités d’énergie. Nos centrales nucléaires actuelles utilisent fission nucléaire, qui, selon les critiques, produit des déchets nucléaires dangereux – en particulier dans le cas de catastrophes, y compris celle qui a eu lieu à Fukushima en 2011.

Créer une énergie propre en reproduisant la fusion nucléaire du Soleil sur Terre reste un défi de taille, car il nous faudrait encore générer 100 millions de degrés Celsius rapidement pour que la fusion se produise. Les ondes d’Alfvén pourraient être un moyen d’y parvenir. Notre connaissance croissante du Soleil montre que c’est certainement possible – dans les bonnes conditions.



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Nous nous attendons également à de nouvelles révélations solaires prochainement, grâce à de nouvelles missions et instruments révolutionnaires. L’Agence spatiale européenne Satellite Orbiter solaire est maintenant en orbite autour du Soleil, fournissant des images et prenant des mesures des régions polaires inexplorées de l’étoile. Terrestre, le dévoilement de nouveaux télescopes solaires devraient également améliorer nos observations du Soleil depuis la Terre.

Avec de nombreux secrets du Soleil à découvrir, y compris les propriétés du Soleil champ magnétique, c’est une période passionnante pour les études solaires. Notre détection des ondes d’Alfvén n’est qu’une contribution à un champ plus large qui cherche à percer les mystères restants du Soleil pour des applications pratiques sur Terre.

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