Le Soleil en lumière de l'hydrogène alpha

Les tempêtes géomagnétiques (VI)

Le champ magnétique d’un Soleil calme réside en général dans le plan de l’écliptique. Mais lorsque des boucles magnétiques se forment dans les éjections coronales, elles présentent de fortes composantes nord-sud. Etant donné que le champ magnétique terrestre se développe dans la direction nord, tous les champs sud entrant se combineront avec lui; plus les champs seront intenses plus ils se déplaceront rapidement, et plus le taux de reconnexions sera élevé et les points de contacts nombreux; bref nous assistons à une forte activité dans la haute atmosphère terrestre, c'est le signe d'une tempête géomagnétique.

Des CME cannibales ! Ainsi la très sérieuse NASA qualifiait-elle des CME capables de rattraper sur leur chemin des CME projetées quelques heures plus tôt. Sur cette image prise le 6 Juin 2001 une CME émise vers 17h rattrape une heure plus tard une autre CME émise vers 12h. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation (GIF de 90 Kb). Cliquer ici pour lancer une illustration de ce phénomène (Mpeg de 4.5 Mb). Documents NASA/SOHO/ESA et NASA-GSFC.

Sans ces reconnexions, le champ magnétique terrestre agit comme un bouclier face au vent solaire; c’est la magnétosphère. Mais ces reconnexions sont capables de briser cette barrière permettant au vent solaire de pénétrer dans la magnétosphère à une vitesse proportionnelle à la vitesse des reconnexions. A travers une succession de processus magnétosphériques, les courants entrant gagnent de l’énergie et favorisent l’apparition des aurores dans une action combinée du vent solaire et des particules locales. Il est donc juste de dire que les aurores sont provoquées par des particules énergétiques puisqu’elles sont excitées localement, mais elles sont différentes de celles associées aux éjections de matière coronale et aux éruptions.

Les protubérances post-éruptives A gauche une gerbe de protubérances émise après une éruption chromosphérique. A droite une boucle de plasma post-éruptive observée en Ha le 26 juin 1992. Cliquer ici pour lancer une animation de cette boucle. Documents Sacramento Peak et J.E.Wijk de l'Observatoire de Nice & ESTEC, B.Schmieder de l'Observatoire de Paris-Meudon et D.H.Hathaway de la NASA-MSFC.

L'origine de l'énergie des CME

D'où provient l'énergie magnétique responsable des CME ? On serait tenter de répondre que l'énergie des éruptions provient de la couronne. Mais cette théorie n'explique pas les observations des CME. En examinant la profusion de nouvelles données sur les CME acquises par la sonde SOHO, le Dr James Chen et Jonathan Krall physiciens des plasmas au Naval Research Laboratory ont présenté le 16 Novembre 2000 devant un parterre de physiciens de l'American Physical Society une nouvelle théorie selon laquelle l'énergie magnétique responsable de ces éruptions - quelque 10¹⁵ gr de matière éjectées à près de 1000 km/s - serait stockée sous la photosphère, loin du feu de la couronne.

Si quelques chercheurs pensent que cette théorie est prématurée et difficile à tester, d'autres applaudissent devant cette nouvelle hypothèse hardie et quelque peu intrigante.

La photographie de gauche illustre une CME de classe C2 enregistrée par le coronographe spectrométrique LASCO de la sonde SOHO. A droite la correspondance numérique dans le nouveau modèle proposant que l'origine des CME se situe plutôt dans la photosphère que dans la couronne. La corrélation est presque parfaite. Document J.Chen et J.Krall/Naval Research Laboratory.

La question est d'importance car la compréhension de ces mécanismes passionnent bon nombre de chercheurs du fait que ces éruptions ont la capacité d'affecter les communications électroniques et les centrales électriques installées sur Terre. Le fait de connaître l'origine de ces éruptions est donc très important pour améliorer les prévisions numériques et prévoir avec plus de précision les perturbations qu'elles peuvent entraînées.

Pour Jonathan Krall "le degré avec lequel les données s'accordent avec la nouvelle théorie est sans précédent". Chen et Krall ont pris en compte des mesures effectuées jusqu'à 30 rayons solaires, données qui furent ensuite minutieusement comparées au modèle théorique. Leurs explications font intervenir le concept de "cordes de flux solaire", des boucles de champ magnétique géantes prenant racine sous la photosphère. Selon leur théorie des courants électriques sous-photosphériques (convection, effet dynamo, etc) peuvent s'intensifier le long de telles boucles avant de produire des éruptions. Pendant que ces courant remonteraient en surface, la boucle de champ magnétique s'étendrait, accrochant au passage le plasma (principalement constitué de protons et d'électrons) qu'elle éjecterait dans le milieu interplanétaire.

Selon Krall, une fraction significative de toutes les éruptions solaires - plus de 30% - seraient provoquées par des boucles de flux. Chen et Krall ont évalué différents mécanismes éruptifs afin de comparer leur modèle aux théories traditionnelles. Le scénario qu'ils proposent est celui qui décrit le mieux les éruptions solaires, y compris les propriétés des nuages magnétiques, des structures du vent solaire interplanétaire qui sont probablement associées aux CME. Etonnamment, les signatures des particules constituant ces nuages magnétiques suggèrent que les boucles de flux magnétiques issus du Soleil s'étendraient jusqu'à la Terre tout en restant enracinées dans la photosphère !

A lire : Les aurores sous l'emprise de boucles magnétiques (sur le blog)

Cette illustration d'artiste représente une boucle de flux solaire. Elle consiste en une boucle géante de champ magnétique capable, selon la théorie de Chen et Krall, de s'étendre du Soleil (point jaune à gauche) jusqu'à la Terre. Document du Naval Research Laboratory. Réalité ou fiction ? Des observations effectuées en 2007 dans le cadre du programme Themis ont confirmé leur existance.

Ce nouveau modèle a toutefois reçu un accueil mitigé. Selon Leon Golub du Centre d'Astrophysique  Harvard-Smithsonian, le nouveau modèle soulève plus de problèmes qu'il n'en résout alors que les quelques problèmes de "l'ancien paradigme" ont rapidement disparu avec les récents travaux. Terry Forbes de l'Université de New Hampshire rappelle qu'il y a une observation bien acceptée, le fait que la photosphère reste tout à fait passive pendant une éruption. Et quand bien même ces chercheurs prétendraient que ce flux magnétique puisse être injecté sans perturber la surface solaire, ils doivent encore démontrer le pourquoi de la chose de façon convaincante.

A l'inverse pour Richard Canfield de l'Université d'Etat du Montana, "cette théorie reflète le support des auteurs envers un paradigme émergeant de la physique solaire. Il y a certainement des indices pouvant être exacts, mais il y a encore beaucoup de travail à faire pour résoudre cette affaire".

Finalement comme le dit Joe Gurman de la NASA-GSFC, "Nous sommes au moins 5 ou 10 ans en avance sur l'époque où nous pourrons définitivement tester ce modèle et les autres par le biais de l'hélioséismologie grâce à laquelle les chercheurs mesurent les vibrations de la surface solaire. En fait ce n'est que très récemment que les chercheurs ont obtenu de bonnes mesures du champ magnétique dans la couronne. Nous devons exclure la possibilité que les éruptions soient originaires de la couronne, et ce sera difficile à réaliser".

Et de conclure avec Craig DeForest de la NASA-GSFC, "A première vue, le modèle de Chen et Krall est aussi plausible que n'importe quelle autre explication posée sur la table et il s'agit certainement d'une idée nouvelle et intéressante. Je suis curieux de voir comment elle se développera et si elle s'accorde avec les observations".

La réponse apparut quelques années plus tard, confortant la théorie de Chen et Krall. Grâce à l'expérience Themis, en 2007 les astronomes découvrirent que les aurores polaires étaient sous l'emprise d'immense boucles magnétiques trouvant leur origine dans le Soleil, ainsi que l'explique cet article.

Les CME et l'activité géomagnétique nous réserveront encore des surprises à l'avenir.

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