Protubérances Solaires : Des Filaments de Matière dans l'Atmosphère Solaire

Les Protubérances solaires : structures magnétiques

Les protubérances solaires sont des structures magnétiques spectaculaires qui apparaissent dans la couronne solaire, composées principalement de plasma dense et relativement froid (environ 10 000 K) par rapport à l'environnement coronarien (1 à 3 millions de K). Ces filaments de matière solaire peuvent persister pendant plusieurs semaines avant de se désintégrer ou d'être éjectés dans l'espace sous forme d'éruptions solaires.

Formation et Structure Magnétique

Les protubérances se forment dans les régions actives du Soleil où les champs magnétiques sont particulièrement intenses. Leur stabilité est assurée par l'équilibre entre plusieurs forces :

• La force gravitationnelle qui tend à faire retomber le plasma
• La force magnétique de Lorentz qui soutient la matière
• La pression thermique du plasma

La configuration magnétique peut être décrite par l'équation de la force de Lorentz : \[ \mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) \] où \( q \) est la charge du plasma, \( \mathbf{v} \) sa vitesse, \( \mathbf{E} \) le champ électrique et \( \mathbf{B} \) le champ magnétique.

Classification des Protubérances

On distingue principalement deux types de protubérances :

1. Protubérances quiescentes : Stables, peuvent durer plusieurs mois
2. Protubérances éruptives : Instables, conduisent souvent à des éjections de masse coronale

L'Énigme du Chauffage Coronarien

Les protubérances solaires jouent un rôle clé dans l'une des grandes énigmes de la physique solaire : le mécanisme de chauffage de la couronne qui atteint des températures de 1 à 3 millions de kelvins, alors que la surface visible (photosphère) ne dépasse pas 5800 K. Ce gradient thermique inverse défie les lois classiques de la thermodynamique.

Hypothèses Explicatives

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer ce phénomène :

• Ondes magnétohydrodynamiques (MHD) : Les turbulences de la photosphère génèrent des ondes Alfvén qui propagent leur énergie le long des lignes de champ magnétique.
• Reconnexion magnétique : Les protubérances sont le siège de reconnexions magnétiques où l'énergie stockée dans les champs magnétiques twistés est brutalement convertie en énergie thermique.
• Micro-éruptions nanoflares : Des millions de micro-éruptions locales (énergie ~10²⁴ J) chaufferaient continuellement la couronne.

Rôle des Protubérances

Les protubérances agissent comme des traceurs des processus coronariens :

• Leur plasma froid (10⁴ K) coexiste avec la couronne chaude (10⁶ K), révélant une isolation thermique exceptionnelle
• Leur structure filamentaire montre l'organisation fine du champ magnétique coronarien
• Leur disparition brutale libère d'importantes quantités d'énergie magnétique

Source : Living Reviews in Solar Physics (2013)

Observation et Importance Scientifique

Les protubérances sont principalement observées :

• En lumière H-alpha (656,28 nm) pour les études détaillées
• En ultraviolet extrême par les satellites comme SDO
• En coronographie pour les structures étendues

Leur étude permet de mieux comprendre :

• La dynamique des champs magnétiques solaires
• Les mécanismes de chauffage coronarien
• Les processus menant aux éjections de masse coronale

Les protubérances solaires, bien qu'étudiées depuis plus d'un siècle, continuent de fasciner les physiciens solaires par leur complexité magnétique et leur rôle dans la météorologie spatiale. Leur compréhension complète nécessite encore des avancées théoriques et observationnelles, notamment grâce aux nouvelles missions spatiales dédiées à l'étude du Soleil.