Du Nouveau sous le Soleil

Le Soleil est une étoile périodique. Son activité est rythmée par un cycle de 11 ans environ. Ce cycle montre une activité de notre étoile qui passe par des maxima et des minima. Nous venons par exemple de passer un maximum d’activité il y a quelques mois et le prochain maximum doit avoir lieu dans 11 ans.

L’activité solaire est observée par les hommes depuis très longtemps. C’est au XVIIème siècle que les astronomes observèrent des taches apparaissant sur la surface du Soleil et commencèrent à les répertorier et à les compter. Il se trouve que plus le soleil a une activité magnétique intense, plus le nombre de taches sombres à sa surface est important, c’est ce qu’on a fini par comprendre au fil des décennies.  Le cycle actuel est déjà le 24^ème cycle de 11 ans qui est suivi rigoureusement par la communauté scientifique.

Lors d’un maximum, c’est non seulement un nombre de taches important qui est visible mais c’est aussi la période au cours de laquelle ont lieu les plus fortes éruptions solaires, qui peuvent produire des effets voire des dégâts jusque par chez nous, à défaut de produire de magnifiques aurores boréales ou australes…

Mais dans le fond, on connaît très mal les mécanismes qui produisent ce cycle de 11 ans. D’ailleurs 11 ans est une moyenne car ces cycles sont tout sauf réguliers, que ce soit en amplitude ou en durée. Le cycle le plus court n’a duré que 9 ans tandis que le plus long a duré près de 14 ans. Et l’amplitude du maximum actuel est très faible, l’activité au maximum n’avait jamais été aussi faible depuis plus de 100 ans…

Image composite de 25 clichés révélant la migration des zones
 magnétiques vers l'équateur (NASA/SDO/Goddard)

On n’avait depuis plusieurs siècles que le nombre de taches pour essayer de comprendre l’activité de notre étoile préférée. Mais voilà que des chercheurs américains viennent de découvrir un nouveau marqueur permettant de suivre l’activité des cycles solaires, qu’ils décrivent dans un article venant de paraître dans The Astrophysical Journal. Il s’agit de ce qu’ils appellent des « points brillants » (brightpoints), petites zones brillantes situées dans l’atmosphère solaire. Ces points brillants permettent d’observer d’une nouvelle manière comment évoluent les champs magnétiques du Soleil.

Scott McIntosh, du National Center for Atmospheric Research dans le Colorado et son équipe proposent d’observer les points brillants pour explorer l’intérieur du Soleil et ses mécanismes à l’origine de son activité périodique.

Au cours d’un cycle, les taches solaires ont tendance à migrer des hautes latitudes vers l’équateur solaire, comme emportées par de vastes mouvements de convection, tout en restant toujours à des latitudes inférieures à 30°.

C’est en cherchant des zones magnétiques particulières pouvant expliquer ces mouvements que McIntosh et ses collègues en utilisant le télescope solaire SDO (Solar Dynamics Observatory) ont trouvé ces taches extrêmement brillantes en  UV lointain et en rayons X qui semblaient s’enrouler autour des vertex formés par ces grandes zones magnétiques. Ils ont alors recherché dans les 18 années de données collectées par les satellites SOHO et SDO comment bougeaient ces points brillants au cours de plus d’un cycle solaire. Ils ont découvert que ces points brillants suivaient globalement le même chemin que les taches sombres, des hautes latitudes vers l’équateur, mais en commençant leur trajet bien plus haut, vers 55° au Nord comme au Sud.  De plus chaque hémisphère semble posséder plus d’une bande composée de ces points brillants.

McIntocsh explique que des interactions complexes de lignes de champ magnétique pourraient exister sous les couches externes du Soleil, cachées à notre vue. Les récentes observations montrent que le Soleil est peuplé de bandes de matériau magnétisé et polarisé différemment, qui une fois formées, se déplacent lentement vers l'équateur. Ces bandes sont soit polarisées Nord ou Sud et leur signe est exactement inversé de part et d’autre de l’équateur solaire, comme une image miroir. Des lignes de champ magnétique relient ces bandes entre elles et même d’un hémisphère à l’autre par-dessus l’équateur. Il apparaît que c’est lorsque ces lignes de champ sont les plus courtes que l’activité solaire est la plus faible et que le nombre de taches sombres est le moins important. Lorsque deux bandes de polarité opposées se rencontrent à l’équateur, elles disparaissent brutalement. Une telle bande met entre 16 et 21 ans pour migrer de 55° de latitude jusqu’à l’équateur. Au moment d’une annihilation, il ne reste que deux larges bandes  sur le Soleil qui se trouvent alors à 30° de latitude, les lignes de champ qui les joignent sont les plus grandes et c’est le moment du maximum de taches sombres qui apparaissent justement sur ces bandes.

Selon ce modèle, le cycle de 11 ans peut être vu comme la superposition de deux cycles plus longs, les cycles des bandes magnétiques, et il explique enfin pourquoi les taches sombres apparaissent toujours à 30° de latitude.

Mais pourquoi les points brillants associés aux bandes magnétiques apparaissent-ils à 55° de latitude ? McIntosh répond à cette question en imaginant qu’au dessus de cette latitude l’atmosphère solaire est déconnectée de la rotation de la « surface », il y aurait des mouvements très différents dans les couches profondes du Soleil entre les hautes latitudes et l’équateur, et 55° correspondrait à une latitude critique, qu’il reste à investiguer de plus près pour comprendre ce qui s'y passe…

Référence : 
Deciphering Solar Magnetic Activity. I. On The Relationship Between The Sunspot Cycle And The Evolution Of Small Magnetic Features
Scott McIntosh et al. 
The Astrophysical Journal Volume 792 Number 1, 12 (1 sept 2014)

Source : NASA News