Des chercheurs ont utilisé les données de la sonde Parker Solar Probe de la NASA pour comprendre comment le vent solaire, composé de particules ionisées ou de plasma, peut dépasser des vitesses de 1 million de miles par heure. (Illustration de la sonde Parker Solar Probe s’approchant du soleil.) Crédit : Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins
La sonde Parker Solar Probe de la NASA identifie le mécanisme à l’origine du vent rapide du Soleil
Les données de la sonde Parker Solar Probe ont aidé les chercheurs à comprendre comment le vent solaire peut atteindre des vitesses supérieures à 1 million de miles par heure. Ces données pourraient aider à prévoir les grandes éruptions solaires, à mieux comprendre les phénomènes de vent cosmique et à rechercher des planètes habitables.
Les vents les plus rapides jamais enregistrés sur Terre ont atteint plus de 200 miles par heure, mais même ces rafales pâlissent en comparaison du vent solaire.
Dans un article publié le 7 juin 2023 dans la revue Nature, une équipe de chercheurs a utilisé les données de la sonde solaire Parker de la NASA pour expliquer comment le vent solaire est capable de dépasser des vitesses de 1 million de miles par heure. Ils ont découvert que l’énergie libérée par le champ magnétique à proximité de la surface du soleil est suffisamment puissante pour alimenter le vent solaire rapide, composé de particules ionisées – appelées plasma – qui s’écoulent vers l’extérieur du soleil.
James Drake, professeur émérite au département de physique et à l’Institut des sciences physiques et de la technologie (IPST) de l’université du Maryland, a codirigé cette recherche avec le premier auteur, Stuart Bale, de l’université de Berkeley. Selon M. Drake, les scientifiques tentent de comprendre les moteurs du vent solaire depuis les années 1950 et, le monde étant plus interconnecté que jamais, les implications pour la Terre sont considérables.
Le vent solaire forme une bulle magnétique géante, appelée héliosphère, qui protège les planètes de notre système solaire d’un barrage de rayons cosmiques à haute énergie qui tournent autour de la galaxie. Cependant, le vent solaire transporte également du plasma et une partie du champ magnétique du soleil, qui peuvent s’écraser sur la magnétosphère de la Terre et provoquer des perturbations, notamment des tempêtes géomagnétiques.
Concept d’artiste de la sonde Parker Solar Probe s’approchant du soleil. Crédit : NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Ces tempêtes se produisent lorsque le soleil connaît une activité plus turbulente, notamment des éruptions solaires et d’énormes expulsions de plasma dans l’espace, connues sous le nom d’éjections de masse coronale. Les tempêtes géomagnétiques sont à l’origine d’aurores spectaculaires que l’on peut observer près des pôles de la Terre, mais lorsqu’elles sont les plus puissantes, elles peuvent mettre hors service le réseau électrique d’une ville et même perturber les communications mondiales. De tels événements, bien que rares, peuvent également être mortels pour les astronautes dans l’espace.
« Les vents transportent de nombreuses informations du soleil vers la Terre. Il est donc important de comprendre le mécanisme des vents solaires pour des raisons pratiques sur Terre », a déclaré M. Drake. « Cela va affecter notre capacité à comprendre comment le soleil libère de l’énergie et provoque des tempêtes géomagnétiques, qui constituent une menace pour nos réseaux de communication.
Des études antérieures ont révélé que le champ magnétique du soleil entraînait d’une manière ou d’une autre le vent solaire, mais les chercheurs ne connaissaient pas le mécanisme sous-jacent. Au début de cette année, M. Drake a cosigné un article affirmant que le réchauffement et l’accélération du vent solaire sont dus à la reconnexion magnétique, un processus que M. Drake a consacré sa carrière scientifique à étudier.
Les auteurs expliquent que toute la surface du soleil est couverte de petits « jets » de plasma chaud qui sont propulsés vers le haut par la reconnexion magnétique, qui se produit lorsque des champs magnétiques pointant dans des directions opposées se croisent. Cette reconnexion déclenche à son tour la libération de quantités massives d’énergie.
La sonde Parker Solar Probe de la NASA a traversé la haute atmosphère du Soleil – la couronne – et a échantillonné les particules et les champs magnétiques qui s’y trouvent. C’est la première fois dans l’histoire qu’un engin spatial touche le Soleil. Crédit : Ben Smith/ Applied Physics Laboratory/ NASA
« Deux éléments pointant dans des directions opposées finissent souvent par s’annihiler l’un l’autre et, dans ce cas, cela libère de l’énergie magnétique », a expliqué M. Drake. « Les explosions qui se produisent sur le soleil sont toutes alimentées par ce mécanisme. Il s’agit de l’annihilation d’un champ magnétique.
Pour mieux comprendre ces processus, les auteurs du nouvel article de Nature ont utilisé les données de la sonde Parker Solar Probe pour analyser le plasma qui s’écoule de la couronne, la couche la plus externe et la plus chaude du soleil. En avril 2021, Parker a été le premier engin spatial à pénétrer dans la couronne solaire et n’a cessé depuis de s’en approcher. Les données citées dans cet article ont été prises à une distance de 13 rayons solaires, soit environ 5,6 millions de kilomètres du soleil.
« Lorsque l’on se rapproche du soleil, on commence à voir des choses que l’on ne peut pas voir depuis la Terre », a déclaré M. Drake. « Tous les satellites qui entourent la Terre se trouvent à 210 rayons solaires du soleil, et nous n’en sommes plus qu’à 13. Nous sommes à peu près à la distance maximale que nous pouvons atteindre.
Grâce à ces nouvelles données, les auteurs de l’article de Nature ont fourni la première caractérisation des explosions d’énergie magnétique qui se produisent dans les trous coronaux, qui sont des ouvertures dans le champ magnétique du soleil ainsi que la source du vent solaire.
Les chercheurs ont démontré que la reconnexion magnétique entre les champs magnétiques ouverts et fermés – connue sous le nom de connexion d’échange – est un processus continu, et non une série d’événements isolés comme on le pensait auparavant. Ils en ont conclu que le taux de libération d’énergie magnétique, qui entraîne le jet de plasma chauffé vers l’extérieur, était suffisamment puissant pour vaincre la gravité et produire le vent rapide du soleil.
En comprenant ces petites libérations d’énergie qui se produisent constamment sur le soleil, les chercheurs espèrent comprendre – et peut-être même prévoir – les éruptions plus importantes et plus dangereuses qui projettent du plasma dans l’espace. Outre les implications pour la Terre, les résultats de cette étude peuvent également être appliqués à d’autres domaines de l’astronomie.
« Les vents sont produits par des objets dans l’ensemble de l’univers. Comprendre ce qui alimente le vent du Soleil a donc de vastes implications », a déclaré M. Drake. « Les vents provenant des étoiles, par exemple, jouent un rôle crucial dans la protection des systèmes planétaires contre les rayons cosmiques galactiques, qui peuvent avoir un impact sur l’habitabilité. »
Cela nous aiderait non seulement à mieux comprendre l’univers, mais aussi à rechercher la vie sur d’autres planètes.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Parker Solar Probe Plunges Into Fast Solar Wind and Discovers Its Source (La sonde solaire Parker plonge dans le vent solaire rapide et découvre sa source).
Référence : « Interchange reconnection as the source of the fast solar wind within coronal holes » par S. D. Bale, J. F. Drake, M. D. McManus, M. I. Desai, S. T. Badman, D. E. Larson, M. Swisdak, T. S. Horbury, N. E. Raouafi, T. Phan, M. Velli, D. J. McComas, C. M. S. Cohen, D. Mitchell, O. Panasenco et J. C. Kasper, 7 juin 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05955-3
Outre Drake, Marc Swisdak, chercheur à l’Institut de recherche en électronique et en physique appliquée de l’UMD, est coauteur de cette étude.
Cette étude a bénéficié du soutien de la NASA (contrat n° NNN06AA01C). Cet article ne reflète pas nécessairement les opinions de cette organisation.