La Sag’Astrale – Épisode 3 : Voyage au cœur de l’atmosphère de notre étoile

Tout comme la Terre, le Soleil possède une atmosphère. Cependant vous imaginez bien qu’elles ne se ressemblent pas ! Une planète contre une étoile, les deux sont extrêmement différentes. Dans l’épisode 2 de la Sag’Astrale, nous avons voyagé au centre du Soleil, il est maintenant temps de voyager autour.

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Structure interne et externe du Soleil

La photosphère, la surface du Soleil

Cette couche à la surface du Soleil mesure quelques centaines de kilomètres. C’est une frontière virtuelle entre l’intérieur du Soleil et son atmosphère. Sa température est d’environ 6 000°C (oh ! si peu, après les 15 millions de degrés Celsius dans le noyau !). En l’observant avec des instruments astronomiques, le Soleil apparaît granuleux, avec des taches dont le centre est plus brillant que le pourtour. 

Granulation à la surface du Soleil, observée depuis l’observatoire du Pic du Midi.

Ces zones, d’un diamètre de 1 000 km environ, ont une surface comparable à celle de la France. Leur durée de vie est de quelques minutes. Cette structure granulaire reflète les mouvements de la matière chaude (autrement dit des mouvements de convection) dans la zone sous jacente, la zone convective. En périphérie des granules, s’observent des zones assombries, correspondant à de la matière refroidie. 

Ce n’est pas tout, la surface du Soleil est parfois tachée. Eh oui, des zones très sombres peuvent apparaître : les taches solaires. Elles peuvent atteindre plusieurs milliers de kilomètres de diamètre. Elles apparaissent ou disparaissent en groupes et reviennent régulièrement selon un cycle d’environ onze ans. Leur observation permet d’observer la rotation du Soleil. C’est ainsi que Galilée avait découvert, dès 1613, que le Soleil tourne sur lui-même. On sait aujourd’hui que les taches solaires correspondent à des zones traversées par des champs magnétiques de forte intensité (plusieurs milliers de fois le champ magnétique terrestre). Ces champs magnétiques freinent les particules chargées, la température diminue (4 000 °C), la zone émet moins de rayonnement donc on observe une tache sombre.

Granulation du Soleil et tache solaire, en image colorée. Au centre la tache solaire est plus froide (seulement 4000°C !) donc on l’observe plus foncée. Autour, la matière se réchauffe pour atteindre 6000°C.
Plusieurs taches solaires dans la photosphère, image prise par la sonde SoHO en 2001. Le nombre et la taille des taches solaires varient. Un peu de patience, vous aurez toutes les explications au prochain épisode !

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La chromosphère, la basse atmosphère

C’est la zone la plus impressionnante du Soleil, puisqu’on peut y observer son activité. Voici comment le Soleil évacue toute l’énergie qu’il accumule depuis le noyau : d’immenses jets de matière qui nous rappellent à quel point il est puissant et imprévisible. Suite aux cellules de convection à l’intérieur du Soleil (rappelez-vous, comme dans la casserole d’eau bouillante), le plasma remonte à toute vitesse à la surface où il jaillit telle une éruption volcanique (mais n’oubliez pas que nous parlons de plasma pour le Soleil alors que sur Terre il s’agit du magma, des roches fondues), pouvant atteindre quelques 10 000 km de haut. Comme si le Soleil respirait.

En observant le soleil avec des instruments d’astronomie comme une lunette H-alpha, un coelostat, ces jets de plasma sont visibles.

Une lunette H-alpha à droite et un coelostat à gauche utilisés à la Maison du Soleil à Saint-Véran dans les Alpes (oui vous devez absolument y aller !)

Les scientifiques ont distingué deux types d’éjections de plasma : les éruptions et les protubérances. Pour faire simple, une éruption correspond à une remontée de matière tellement violente et rapide que la matière est éjectée du Soleil. Puis, elle est transportée dans le Système Solaire par ce qu’on appelle le vent solaire. D’intensité, de taille et de durée variables, les éruptions sont à l’origine de nombreux phénomènes sur Terre, mais nous en reparlerons au prochain épisode.

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Éruption solaire photographiée par l’observatoire spatial STEREO (Nasa), les images ont été ensuite colorées.
Magnifique protubérance solaire qui suit les lignes du champ magnétique. Images prises par la sonde SoHO puis colorées. Les protubérances varient de quelques secondes à quelques heures.

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Une protubérance quant à elle, correspond en quelque sorte à une faible éruption. La matière n’est pas éjectée assez rapidement pour échapper à l’attraction gravitationnelle du Soleil donc la matière retombe à la surface du Soleil pour ensuite reprendre le cycle de convection et retourner en profondeur. Ces explications sont simplifiées puisque, lorsque la matière jaillit, elle n’est pas seulement soumise à la gravité mais également aux forces magnétiques du Soleil.

Une belle image du soleil prise avec une lunette H-alpha. Voilà ce qu’on peut observer : la chromosphère en surface avec la granulation, les taches solaires. Puis autour, on peut voir les éruptions et protubérances !

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Parenthèse champ magnétique solaire

Très différent du champ magnétique terrestre qui est dipolaire (ce qui signifie qu’il possède seulement deux pôles, au Sud et au Nord), le champ magnétique du Soleil est multipolaire ; à la surface on y observe des milliers d’arcs magnétiques. Les protubérances sont confinées par le champ magnétique. C’est pourquoi elles forment de très beaux arcs de cercle à la surface du Soleil, pouvant atteindre quelques milliers de kilomètres d’altitude (quelques fois la taille de la Terre tout de même !).

Champ magnétique multipolaire du Soleil
Champ magnétique dipolaire de la Terre

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La couronne solaire, haute et trèèèèès haute atmosphère

C’est une zone encore très mystérieuse du Soleil. Les scientifiques cherchent encore de nombreuses réponses à propos de cette couche. Elle n’est seulement visible que lors des éclipses solaires ! Les scientifiques ont dû être ingénieux pour l’observer. 

Couronne solaire capturée lors d’une éclipse totale le 1er août 2008, en Mongolie. (Source: Novapix)

Dans les années 1930, Bernard Lyot inventa le coronographe, un instrument permettant de cacher le cercle lumineux du Soleil pour observer seulement ce qu’il y a autour ! Plus besoin d’attendre une éclipse pour observer la couronne. Cependant, on ne sait toujours pas grand chose de cette couronne. Jusqu’où est-elle effective ? Les planètes sont balayées par le vent solaire. Il s’agit du vent spatial qui transporte les particules éjectées par les éruptions, protubérances… du Soleil. À priori, le vent solaire fait partie de la couronne solaire. Ainsi, celle-ci s’étendrait jusqu’aux profondeurs du Système Solaire. D’après les observations des scientifiques, la température de la couronne solaire atteint les 1 million de degrés Celsius, sachant que la surface du Soleil n’est qu’à 4 000°C. Le processus permettant d’atteindre cette température n’est pas encore expliqué. On comprend seulement comment cette couche peut être chauffée. Lorsque vous prenez un bain, l’eau chaude va réchauffer l’air en contact avec l’eau. Des boucles de convection vont se former, l’air chaud va monter et l’air froid descendre puis se réchauffer au contact de l’eau et remonter, etc. Cependant, dans la couronne solaire, on ne comprend pas comment la température peut être aussi élevée. En août 2018 la sonde Parker Solar Probe est partie à la conquête du Soleil. Il s’agit de la première sonde spatiale qui va le frôler, à moins de 6 millions de kilomètres. On attend beaucoup de cette sonde spatiale qui va tenter d’apporter des informations sur la couronne solaire et la surface du Soleil !

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Petite parenthèse sur l’observation du Soleil par les Hommes

Depuis les premières lueurs “Homo Sapiennes”, l’astre nous intéresse, nous fascine. Et malgré toute la volonté de notre espèce, le Soleil garde de nombreux mystères. Solar Probe n’est pas la première sonde à le scruter. De nombreux engins ont été envoyés dans l’espace tels que la sonde “Solar and Heliospheric Observatory” (SoHO, en français l’Observatoire solaire et héliosphérique, en 1995. Conçue pour 4 ans, ses 24 ans d’activité ont été fêtés cette année !). Mais encore “Solar Dynamics Observatory” (SDO, en français l’Observatoire dynamique du Soleil, en 2010) par la NASA, l’ESA… Ces engins spatiaux ont permis de comprendre un peu mieux le champ magnétique solaire ou encore de modéliser l’intérieur du Soleil. Leurs instruments sont en permanence tournés vers le Soleil pour ne perdre aucune miette de son activité. On leur doit la plupart des époustouflants clichés du Soleil !

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Voilà, maintenant vous connaissez presque tous les secrets du Soleil, on se voit au prochain épisode pour comprendre pourquoi le soleil brille et nous apporte autant de chaleur !

 

Julia

 

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