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Depuis maintenant des siècles, nous savons que l’atmosphère externe du Soleil est plus chaude que sa surface même. Cependant, les scientifiques n’ont jamais réussi à comprendre à quoi pouvait être due cette différence de température. Il s’agit d’un mystère fort ancien, mais qui va peut-être enfin être élucidé grâce à une étude combinée aux récentes analyses de la sonde Parker (Parker Solar Probe) de la NASA, chargée d’étudier le Soleil comme jamais auparavant.

La réponse, déjà théorisée, nous est donnée par des chercheurs de l’Université du Michigan. Ils espèrent maintenant pouvoir la confirmer grâce à la sonde solaire Parker de la NASA, lancée le 12 août 2018.

En effet, nous ne sommes qu’à deux ans d’attente de voir cet objet humain se rapprocher, comme jamais auparavant, de la zone de rayonnement intense et critique entourant le Soleil. Les températures y régnant sont fondamentalement différentes de ce qui a été observé jusqu’à aujourd’hui dans l’espace. Une telle étude rapprochée permettra aux scientifiques de tester leur théorie, selon laquelle la température de l’atmosphère solaire serait accentuée par de petites ondes magnétiques se propageant dans la zone externe.

Une fois entrée dans la zone critique, la sonde solaire Parker aidera à déterminer la cause de cet échauffement intense en mesurant directement les champs magnétiques et les particules présentes.

Résoudre cet ancien mystère permettrait aux scientifiques de mieux comprendre et de mieux prévoir le temps solaire, qui peut parfois constituer des menaces sérieuses pour le réseau électrique terrestre. La première étape consiste à déterminer où commence et se termine l’échauffement de l’atmosphère extérieure de notre étoile. Et pour le moins que l’on puisse dire, il s’agit d’un casse-tête où les théories ne manquent pas.

« Quelle que soit la physique derrière cette surchauffe, c’est un casse-tête qui nous bloque depuis 500 ans », a déclaré Justin Kasper, professeur de sciences du climat et de l’espace et chercheur principal pour la mission Parker. « Dans seulement deux ans, Parker Solar Probe va enfin révéler la réponse ».

Dans cette “zone d’échauffement préférentiel” au-dessus de la surface du soleil, les températures augmentent globalement. Plus étrange encore, les éléments individuels sont chauffés à différentes températures. Certains ions plus lourds sont surchauffés jusqu’à atteindre des températures 10 fois plus élevées que celle de l’hydrogène présent partout dans cette région. Les températures atteintes sont plus élevées que le cœur même du soleil.

Cet échauffement intense fait gonfler l’atmosphère solaire de plusieurs fois le diamètre de l’étoile, et c’est la raison pour laquelle nous pouvons distinguer la couronne solaire étendue lors des éclipses solaires. En ce sens, le mystère du réchauffement coronal est visible pour les astronomes depuis plus d’un demi-millénaire, même si les températures élevées n’ont été appréciées qu’au cours du siècle dernier.

Cette même zone est caractérisée par des “ondes d’Alfvén” hydromagnétiques, qui effectuent des va-et-vient entre son bord le plus à l’extérieur et la surface du soleil. À l’extrémité la plus éloignée, appelée point Alfvén, le vent solaire se déplace plus vite que la “vitesse d’Alfvén”, et les ondes ne peuvent plus revenir vers le soleil.

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À l’extrémité la plus éloignée, appelée point Alfvén, le vent solaire se déplace plus vite que la vitesse d’Alfvén, et les ondes ne peuvent donc plus revenir vers le soleil. Crédits : Université du Michigan

« Lorsque vous êtes au-dessous du point Alfvén, vous êtes dans une véritable soupe d’ondes », a déclaré Kasper. « Les particules chargées sont déviées et accélérées par des ondes venant de toutes les directions » ajoute-t-il.

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En essayant d’estimer à quelle distance de la surface du soleil cet échauffement préférentiel s’arrête, l’équipe de l’Université du Michigan a examiné des données recensant des décennies d’observation du vent solaire par la sonde spatiale Wind de la NASA. Ils ont examiné l’ampleur de l’augmentation de la température de l’hélium près du soleil, qui avait été emportée par des collisions entre des ions du vent solaire lors de leur voyage vers la Terre. Étudier la décroissance de la température de l’hélium leur a permis de mesurer la distance au bord extérieur de la zone.

« Nous prenons toutes les données et les traitons comme un chronomètre, pour déterminer le temps écoulé depuis la surchauffe du vent », a déclaré Kasper. « Depuis que je sais à quelle vitesse ce vent se déplace, je peux convertir ces informations en distance ».

Ces calculs placent le bord extérieur de la zone de surchauffe à environ 10-50 rayons solaires de la surface. Il était selon les chercheurs impossible d’être plus précis, car certaines valeurs ne pouvaient être qu’estimées. L’étude a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Initialement, Kasper n’a pas pensé à comparer son estimation de l’emplacement de la zone au point Alfvén, mais il a voulu savoir s’il existait un emplacement physiquement significatif dans l’espace, qui produirait la limite extérieure. Après avoir remarqué que le point Alfvén et d’autres surfaces avaient été observés en expansion et en contraction avec l’activité solaire, lui et son co-auteur, Kristopher Klein, ancien post-doctorat à l’Université du Michigan et maintenant professeur à l’Université de l’Arizona, ont retravaillé sur leur analyse au fil des ans.

« À mon grand étonnement, la limite extérieure de la zone d’échauffement préférentiel et le point Alfvén se sont déplacés parallèlement de manière totalement prévisible, malgré des calculs complètement indépendants », a déclaré Kasper. « En les superposant, l’on se rend compte qu’ils se comportent exactement de la même manière avec le temps » explique-t-il.

Plusieurs questions se posent donc : le point Alfvén marque-t-il le bord extérieur de la zone d’échauffement ? Et que se passe-t-il exactement sous le point Alfvén, qui provoque la surchauffe des ions lourds ? Les réponses à ces questions, nous les aurons donc dans environ deux ans. La sonde solaire Parker a rejoint le soleil en novembre 2018 et d’ici 2021, elle sera enfin assez proche de la zone d’intérêt pour nous révéler ces réponses.

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Dans les années à venir, la sonde se rapprochera de plus en plus, jusqu’à arriver au-dessous du point Alfvén. Dans leur article, Kasper et Klein prédisent qu’elle devrait entrer dans la zone d’échauffement préférentiel en 2021, à mesure que la frontière s’étend avec l’activité solaire croissante. Alors, la NASA pourra enregistrer des données directement depuis la source.

« Grâce à la sonde Parker, nous serons en mesure de déterminer de manière définitive, par des mesures locales, quels processus conduisent à l’accélération du vent solaire et à l’échauffement préférentiel de certains éléments », a déclaré M. Klein. « Les prévisions de cet article suggèrent que ces processus se produisent sous la surface d’Alfvén, une région proche du Soleil qu’aucun vaisseau spatial n’a exploré, ce qui signifie que ces processus d’échauffement préférentiels n’ont jamais été mesurés directement auparavant », conclut-il.

Source : The Astrophysical Journal Letters

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