lundi 4 juin 2012

Les Mystères de l'Astronomie (8/8) : Pourquoi la Couronne Solaire est-elle si Chaude ?

La revue Science en fait sa couverture cette semaine : les Mystères de l'Astronomie... Les rédacteurs de la célèbre revue américaine ont sélectionné, sur l'avis de nombreux spécialistes, 8 mystères astrophysiques, qui sont aujourd'hui incompris et qui devraient pouvoir être élucidés par l'observation, à moins qu'ils ne le soient jamais. Ils restent autant de questions très intrigantes... Nous allons passer en revue un à un ces grand mystères d'aujourd'hui.

8/8 : Pourquoi la Couronne Solaire est-elle si Chaude ?

Oui, le soleil est chaud, vous le saviez. 15 millions de degrés Kelvins dans son cœur fusionnant de l'hydrogène et très exactement 5780 °K à sa surface visible. Mais depuis un bon siècle, les astrophysiciens ne comprennent pas comment il se fait que la couronne, cette couronne de lumière entourant notre astre préféré, qu'on peut apercevoir lors d'éclipses totales, que cette couronne disais-je, puisse atteindre une température aussi élevée que 1 million de degrés, voire plus.


Comment la température peut-elle être ainsi multipliée par 200 au dessus de la surface solaire ?

La couronne solaire
Le seul consensus qui semble exister parmi les astrophysiciens spécialistes du soleil est qu'il existe une quantité monstrueuse d'énergie en dessous de la surface solaire et que le champ magnétique du soleil est capable de transporter cette énergie vers l'extérieur. Comment le champ magnétique peut transporter cette énergie est déjà plus débattu. Comment l'énergie est transférée à la couronne est en revanche un pur mystère. Cependant, des décennies de recherche ont permis de trier les théories et autres hypothèses pour ne conserver qu'une demi-douzaine de variantes de deux mécanismes principaux.

Un candidat populaire est un chauffage par ondes magnétiques : les lignes de champ magnétique vibreraient en formant des oscillations; on appelle ses ondes des ondes de Alfven. Connues en laboratoire depuis longtemps, ce n'est que récemment que les astrophysiciens ont pu en observer émergeant du soleil. Cependant, personne ne sait encore si elles peuvent transporter suffisamment d'énergie pour réchauffer toute la couronne ou, si elles y parviennent, comment cette énergie peut y être convertie en chaleur.

L'alternative à l'échauffement magnétique est apportée par l'idée des nano-éruptions, qui apparaitraient quand des lignes de champ magnétique se cassent et se reconnectent. Ces reconnections produiraient des éjections de plasma superchaud à travers la couronne, mais savoir si il y en a suffisamment délivrant assez d'énergie pour le chauffage coronal reste encore peu clair.

Des instruments récents étudient ce problème du chauffage coronal (on peut citer le Solar Dynamics Observatory de la NASA), mais les ondes magnétiques sont trop rapides pour être détectées et les nano-éruptions trop petites...
Et les astrophysiciens solaires ont beaucoup de mal à mesurer des paramètres physiques cruciaux comme les champs électriques, la résistance électrique, le niveau de turbulence des ondes. Tout ce qu'ils peuvent faire est inférer ces propriétés de manière assez peu précise. 
Illustration du projet Solar Orbiter (ESA)

La NASA, encore elle, prévoit de lancer fin 2012 un nouvel instrument nommé IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph). Par ailleurs, un nouveau télescope solaire est en construction à Hawaï, son miroir étant plus de deux fois plus gros que le plus grand télescope solaire actuel. Quant à l'agence européenne, elle n'est pas en reste puisqu'elle projette de lancer en 2017 le Solar Orbiter, qui s’intéressera plus particulièrement à ce qui se passe aux pôles du Soleil.

La clé se trouve peut-être au niveau de la chromosphère. La chromosphère est une couche de 5000 kilomètres qui sépare la surface solaire de la couronne (qui elle s'étend sur des millions de kilomètres). Car se qui chauffe la couronne passe forcément par la chromosphère.
Sans attendre les données des futures satellites, les astronomes s'amusent a recréer un soleil en simulation sur ordinateur, avec tous ses éléments : chromosphère, couronne, etc...

L'informatique parviendra-t-elle à résoudre ce mystère ? Elle peut en tous cas permettre de faire de l'astrophysique en laboratoire, sans devoir s'exposer aux coups de chaleur de l'été qui vient...