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C’est l’un des mystères les plus anciens et les plus étranges. Pourquoi l’atmosphère extérieure du Soleil est-elle plus chaude que sa surface en feu? Des chercheurs de l’Université du Michigan pensent avoir trouvé la réponse et espèrent le prouver avec l’aide de la sonde solaire Parker de la NASA.

Des zones du Soleil sont plus chaudes que l’intérieur

Dans environ deux ans, cette sonde sera le premier vaisseau fabriqué par l’homme à pénétrer dans la zone entourant le Soleil, où le chauffage est fondamentalement différent de ce qui a été observé auparavant dans l’espace. Cela leur permettra de tester leur théorie selon laquelle la surchauffe est due à de petites ondes magnétiques se propageant dans certaines zones.
La résolution de cette énigme permettrait aux scientifiques de mieux comprendre et prévoir le temps solaire, ce qui peut constituer une menace sérieuse pour le réseau électrique de la Terre. Et la première étape consiste à déterminer où commence et se termine le réchauffement de l’atmosphère extérieure du Soleil – un casse-tête où les théories ne manquent pas.
« Quelle que soit la physique derrière cette surchauffe, c’est un puzzle qui nous interpelle depuis 500 ans », a déclaré Justin Kasper, professeur de sciences du climat et de l’espace à l’UM et chercheur principal pour la mission Parker. « Dans seulement deux ans, Parker Solar Probe va enfin révéler la réponse. »
La théorie de la messagerie unifiée et la manière dont l’équipe utilisera Parker pour la tester est exposées dans un article publié dans The Astrophysical Journal Letters.

Dans cette «zone de chauffage 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 ce qu’ils soient 10 fois plus chaud que l’hydrogène présent partout dans cette région, ce qui est plus chaud que le cœur du Soleil.

Une zone caractérisée par des «ondes d’Alfvén» hydromagnétiques

Ces températures élevées font gonfler l’atmosphère solaire de plusieurs fois le diamètre du Soleil et c’est la raison pour laquelle nous voyons la couronne s’étendre lors des éclipses solaires. En ce sens, dit Kasper, le mystère du réchauffement coronal est visible pour les astronomes depuis plus d’un demi-millénaire.
Cette même zone est caractérisée par des «ondes d’Alfvén» hydromagnétiques qui vont et viennent entre son bord le plus à l’extérieur et la surface de notre étoile. À l’extrémité la plus éloignée, appelée point d’Alfvén, le vent solaire se déplace plus vite que la vitesse d’Alfvén et les vagues ne peuvent plus revenir vers le Soleil.
En physique des plasmas, une onde d’Alfvén, est un type d’onde magnétohydrodynamique dans laquelle les ions oscillent en réponse à une force de restauration fournie par une tension sur les lignes du champ magnétique. Par conséquent, comprendre leur rôle est important pour comprendre comment fonctionne le Soleil.
En essayant d’estimer à quelle distance de la surface du Soleil ce chauffage s’arrête, l’équipe a examiné 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 qui avait été soufflé par des collisions entre des ions du vent solaire lors de leur voyage vers la Terre. Regarder la décroissance de la température de l’hélium leur a permis de mesurer la distance au bord extérieur de la zone.

Convertir des données en distances

« Nous prenons toutes les données et les traitons comme un chronomètre pour déterminer le temps écoulé depuis la surchauffe du vent solaire », a déclaré Kasper. « Depuis que je sais à quelle vitesse ce vent se déplace, je peux convertir ces informations à une distance. »
Ces calculs placent le bord extérieur de la zone de surchauffe à environ 10 à 50 rayons solaires de la surface. Il était impossible d’être plus précis car certaines valeurs ne pouvaient être devinées.
Initialement, Kasper n’a pas pensé à comparer son estimation de l’emplacement de la zone au point d’Alfvén, mais il a voulu savoir s’il existait un emplacement physiquement significatif dans l’espace qui produirait cette limite extérieure,
Après avoir lu que le point Alfvén et d’autres surfaces avaient été observés en expansion et en contraction avec l’activité solaire, Kasper et son coauteur, Kristopher Klein ont retravaillé leur analyse au fil des ans.

La zone de chauffage et le point Alfvén se sont déplacés parallèlement

«À mon grand étonnement, la limite extérieure de la zone de chauffage et le point Alfvén se sont déplacés parallèlement de manière totalement prévisible, malgré des calculs totalement indépendants», a déclaré Kasper. « Vous les superposez, et ils font exactement la même chose au fil du temps. »
Alors, le point Alfvén marque-t-il le bord extérieur de la zone de chauffage? Et qu’est-ce qui change exactement sous le point Alfvén qui surchauffe les ions lourds? Nous devrions le savoir dans les deux prochaines années. La sonde solaire Parker a été lancée en août 2018 et a eu son premier rendez-vous avec le Soleil en novembre 2018.
Dans les années à venir, la sonde Parker se rapprochera à chaque passage jusqu’à ce qu’elle tombe au-dessous du point d’Alfvén. Dans leur document, Kasper et Klein prédisent qu’il devrait entrer dans la zone de chauffage en 2021, à mesure que la frontière s’élargit avec l’activité solaire croissante. Ensuite, la NASA disposera d’informations directement à partir de la source pour répondre à toutes sortes de questions de longue date.
«Grâce à la sonde Parker Solar Probe, nous serons en mesure de déterminer de manière définitive, par des mesures locales, quels processus conduisent à l’accélération du vent solaire et au chauffage de certains éléments», a déclaré Klein.

Ces processus fonctionnent sous la surface d’Alfvén

« Les prévisions de cet article suggèrent que ces processus fonctionnent sous la surface d’Alfvén, une région proche du Soleil qu’aucun vaisseau spatial n’a encore visitée, ce qui signifie que ces processus de chauffage n’ont jamais été mesurés directement auparavant. »
Source : University of Michigan
Crédit photo : Pixabay