Contrairement à ses homologues dits « lents », nous n’en savons que très peu sur les vents solaires « rapides ». Les mécanismes profonds régissant ces derniers font en effet l’objet de nombreux débats. L’un d’eux est peut-être enfin résolu, de nouvelles données suggérant que l’accélération des particules à très haute énergie des vents solaires rapides a pour origine un phénomène magnétique appelé « reconnexion d’échange ».
Chaque seconde, notre étoile rejette près d’un million de tonnes de particules dans le milieu interplanétaire, selon un phénomène connu sous le nom de vent solaire. Il s’agit notamment d’un flux de plasma à très haute température, constitué d’un gaz de particules chargées. Il existe deux formes de vents solaires : ceux dits lents et émanant principalement de la région équatoriale solaire en période de minimum d’activité solaire, et ceux dits rapides, qui se situent à plus haute latitude et émanent des trous coronaux.
Sur la majeure partie de la surface du Soleil, les lignes de champ magnétique émergent d’un point pour entrer au niveau d’un autre point, en formant une boucle selon ce que l’on appelle un « champ fermé ». Cependant, il arrive parfois que ces boucles ne se referment pas et forment des « champs magnétiques ouverts », au niveau des régions sombres appelées trous coronaux — mesurant en moyenne 30 000 kilomètres de diamètre. Dans ces champs ouverts, les lignes magnétiques s’étendent vers l’extérieur et remplissent la majeure partie de l’espace entourant le Soleil.
En période de minimum solaire, les vents solaires rapides émanant de ces trous sont moins intenses et n’atteignent généralement pas la Terre. En revanche, en période de maximum solaire (environ tous les 11 ans), le champ magnétique du Soleil bascule et les trous apparaissent sur presque toute sa surface. Les vents rapides générés peuvent frapper la Terre de plein fouet et provoquer d’importants dégâts sur notre réseau de communication. Ces vents peuvent atteindre les 800 kilomètres par seconde. En comparaison, les vents solaires lents ne se déplacent qu’à 350 kilomètres par seconde.
En atteignant la Terre (à 93 millions de kilomètres du Soleil), ces vents se transforment en un flux homogène et turbulent d’entrelacement de champs magnétiques et de particules chargées. Ces particules interagissent avec l’atmosphère terrestre et se déversent dans la haute atmosphère sous la forme d’énergie électrique. Les atomes présents sont ensuite excités et produisent des aurores boréales. Cependant, cette interaction peut avoir des répercussions sur notre atmosphère si les vents sont plus intenses, et provoquent des tempêtes solaires.
Prédire ces tempêtes pourrait permettre de mieux anticiper les dégâts sur nos satellites et nos réseaux de communication. Pour ce faire, il est essentiel d’en comprendre les mécanismes et de déterminer la manière exacte dont les vents rapides sont générés dans la photosphère. En effet, la question sur la manière dont les particules des vents rapides s’accélèrent et échappent à la gravité du Soleil fait débat chez les astronomes.
La sonde spatiale Parker Solar Probe (PSP) a pu s’approcher suffisamment de l’astre pour confirmer l’origine du phénomène, selon une nouvelle étude parue dans la revue Nature. « Cela va affecter notre capacité à comprendre comment le soleil libère de l’énergie et provoque des orages géomagnétiques, qui constituent une menace pour nos réseaux de communication », suggère dans un communiqué le coauteur de l’étude, James Drake, astronome à l’Université du Maryland-College Park.
Un coup de pouce pour les particules à haute énergie
Selon la nouvelle étude, les trous coronaux sont semblables à des pommeaux de douche ponctués de points lumineux avec des espacements plus ou moins réguliers, et par lesquels les lignes magnétiques s’échappent ou entrent. Lorsque des lignes magnétiques de directions opposées s’y croisent, elles peuvent se briser puis se reconnecter à nouveau, en projetant des particules chargées hors de la photosphère. Ce processus est connu sous le nom de reconnexion d’échange magnétique.
En effet, la photosphère est recouverte de cellules de convection qui, à grande échelle, forment des supergranulations. À l’endroit où ces cellules se rencontrent est généré un champ magnétique descendant, dans une sorte d’effet d’entonnoir. « C’est une sorte de boule de champ magnétique qui descend dans un drain. Et la séparation spatiale de ces petits drains est ce que nous voyons maintenant avec les données des sondes solaires », explique Stuart D. Bale, professeur de physique à l’Université de Californie à Berkeley et également coauteur de l’étude.
En s’approchant à moins de 21 millions de kilomètres du Soleil, la sonde spatiale PSP a pu détecter des particules à très haute énergie émanant de sa surface et se déplaçant 10 à 100 fois plus vite que celles projetées par les vents solaires lents. Ces particules semblaient provenir des supergranulations. Cette mesure a été rendue possible car à cette distance, les vents solaires sont moins susceptibles de subir les changements observés lorsqu’ils sortent de la couronne solaire. Deux hypothèses contradictoires ont été émises pour expliquer l’origine de ces particules : la reconnexion d’échange et l’accélération par les vagues de plasma ou les ondes d’Alfvén.
Les chercheurs de la nouvelle étude défendent la première hypothèse, en suggérant que la reconnexion d’échange fournit l’énergie nécessaire pour donner un coup pouce au déplacement de ces particules composant les vents solaires rapides. « Notre interprétation est que ces jets de sortie de reconnexion excitent les ondes d’Alfvén lorsqu’elles se propagent », indique Bale. Non seulement ces vents proviennent des trous coronaux, mais ils sont également structurés au niveau des supergranulations, concluent les chercheurs.