Une équipe sino-allemande de scientifiques a identifié les structures magnétiques de la couronne solaire d'où provient le vent solaire rapide. En utilisant des images et des cartes Doppler du spectromètre Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation (SUMER) et des magnétogrammes fournis par le Michelson Doppler Imager (MDI) sur l'Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO) de l'ESA et de la NASA, ils ont observé le vent solaire circulant des champs magnétiques en forme d'entonnoir qui sont ancrés dans les voies du réseau magnétique près de la surface du Soleil. Ces observations sont présentées dans le numéro du 22 avril du magazine Science. La recherche mène à une meilleure compréhension de la nature magnétique des sources du vent solaire, un flux de plasma ténu et chaud (gaz électriquement conducteur) qui affecte l'environnement spatial de la Terre.
Le vent solaire est constitué de protons, de particules alpha (double hélium ionisé), d'ions lourds et d'électrons s'écoulant de la surface du Soleil à des vitesses variant de 300 à 800 km / s. Les ions lourds dans les régions sources coronales émettent un rayonnement à certaines longueurs d'onde ultraviolettes. Lorsqu'elles s'écoulent vers la Terre, comme lors du traçage du vent solaire naissant, les longueurs d'onde de l'émission ultraviolette deviennent plus courtes, un phénomène appelé effet Doppler, bien connu dans sa variante acoustique, par exemple, du changement de ton de le klaxon d'une voiture de police en s'approchant ou en s'éloignant de l'auditeur. Dans le cas solaire, le mouvement du plasma vers nous, c'est-à-dire loin de la surface solaire, est détecté comme un décalage vers le bleu dans le spectre ultraviolet, et peut donc être utilisé pour identifier le début de la sortie du vent solaire.
Un spectre ultraviolet SUMER est similaire à ce qui est observé lorsqu'un prisme sépare la lumière blanche en un arc-en-ciel de couleurs distinctes. Le rayonnement ultraviolet est cependant invisible à l'œil humain et ne peut pas pénétrer l'atmosphère terrestre. En analysant l'émission ultraviolette obtenue par SUMER sur l'observatoire spatial SOHO depuis l'espace, les physiciens solaires peuvent en apprendre beaucoup sur le Soleil et inférer la température du gaz, la composition chimique et le mouvement dans les différentes couches atmosphériques.
"La fine structure magnétique de la région source du vent solaire est restée insaisissable", a déclaré le premier auteur, le professeur Chuanyi Tu, du Département de géophysique de l'Université de Pékin à Pékin, en Chine. «Pendant de nombreuses années, les physiciens solaires et spatiaux ont observé des courants solaires rapides provenant de régions coronales avec des lignes de champ magnétique ouvertes et une faible intensité lumineuse, les soi-disant trous coronaux. Cependant, ce n'est qu'en combinant des observations complexes de SOHO d'une manière nouvelle que nous avons pu inférer les propriétés des sources à l'intérieur des trous coronaux. Le vent solaire rapide semble provenir d'entonnoirs coronaux à une vitesse d'environ 10 km / s à une hauteur de 20 000 kilomètres au-dessus de la photosphère ».
«Le vent solaire rapide commence à s'écouler du haut des entonnoirs dans les trous coronaux avec une vitesse d'écoulement d'environ 10 km / s», déclare le professeur Tu. «Cette sortie est considérée comme de grandes taches dans le décalage bleu Doppler (zones hachurées sur la figure ci-dessus) d'une raie spectrale émise par des ions Ne + 7 à une température de 600 000 Kelvin, qui peut être utilisée comme un bon traceur pour le flux de plasma chaud . Grâce à une comparaison avec le champ magnétique, extrapolé à partir de la photosphère au moyen des données magnétiques MDI, nous avons constaté que le modèle de décalage vers le bleu de cette ligne correspond le mieux aux structures de champ ouvert à 20 000 km. »
Le spectromètre SUMER a scruté les sources du vent solaire en observant le rayonnement ultraviolet provenant d'une grande partie de la région polaire nord du Soleil. «L'identification claire de la structure magnétique détaillée de la source, maintenant révélée comme des entonnoirs coronaux, et la détermination de la hauteur de libération et de la vitesse initiale du vent solaire sont des étapes importantes pour résoudre les problèmes d'approvisionnement en masse et d'accélération de base. Nous pouvons maintenant concentrer notre attention sur l'étude des conditions plasmatiques et des processus physiques qui se produisent dans les entonnoirs coronaux en expansion et dans leurs cous étroits ancrés dans le réseau magnétique », explique le professeur Eckart Marsch, co-auteur de l'article scientifique.
Résoudre la nature et l'origine du vent solaire est l'un des principaux objectifs pour lesquels SOHO a été conçu. La communauté astronomique sait depuis longtemps que le vent solaire rapide provient des trous coronaux. Ce qui est nouveau ici, c'est la découverte que ces flux commencent dans des entonnoirs coronaux, dont la source est située aux bords du réseau magnétique. Juste en dessous de la surface du Soleil, il y a de grandes cellules de convection. Chaque cellule est associée à des champs magnétiques, qui sont concentrés dans les voies du réseau par magnéto-convection, où les cols de l'entonnoir sont ancrés. Le plasma, tout en étant confiné en petites boucles, est amené par convection vers les entonnoirs puis y est libéré, comme un seau d'eau est vidé dans un canal d'eau ouvert.
"Auparavant, on pensait que le vent solaire rapide provenait de n'importe quelle ligne de champ ouvert donnée dans la couche d'ionisation de l'atome d'hydrogène légèrement au-dessus de la photosphère", explique le professeur Marsch, "Cependant, le faible décalage Doppler d'une ligne d'émission à partir d'ions carbone montre que l'écoulement massif n'a pas encore eu lieu à une hauteur de 5 000 km. Le plasma solaire éolien est désormais considéré comme alimenté par du plasma issu des nombreuses petites boucles magnétiques, avec seulement quelques milliers de kilomètres de hauteur, encombrant l'entonnoir. Grâce à la reconnexion magnétique, le plasma est alimenté de tous les côtés vers l'entonnoir, où il peut être accéléré et finalement former le vent solaire. »
L'instrument SUMER a été construit sous la direction du Dr Klaus Wilhelm, qui est également co-auteur de l'article, au Max Planck Institute for Solar System Research (anciennement Max Planck Institute for Aeronomy) à Lindau, en Allemagne, avec des contributions clés de l'Institut d'Astrophysique Spatiale à Orsay, en France, du NASA Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, de l'Université de Californie à Berkeley, et avec le soutien financier des agences nationales allemandes, françaises, américaines et suisses. SOHO opère depuis près de dix ans à un point de vue spécial dans l'espace à 1,5 million de kilomètres de la Terre, du côté solaire de la Terre. SOHO est un projet de collaboration internationale entre l'Agence spatiale européenne et la NASA. Il a été lancé sur une fusée Atlas II-AS depuis le Kennedy Space Center de la NASA, en Floride, en décembre 1995 et est exploité depuis le Goddard Space Flight Center.
Source originale: communiqué de presse de la société Max Planck
