Mars 2010: L’anneau de feu capturé par l’Observatoire SDO

Un événement solaire spectaculaire

En mars 2010, quelques semaines après son lancement, le Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA a enregistré l’une de ses premières images marquantes: une protubérance solaire en forme d’anneau, visible dans l’ultraviolet extrême (304 Å). Cette structure, souvent appelée « anneau de feu » par analogie visuelle, correspond à un vaste arc magnétique chargé de plasma chaud s'étendant sur près de 300 000 kilomètres, soit environ 25 fois le diamètre terrestre. Sa morphologie annulaire résulte de la projection tridimensionnelle d’un flux de plasma confiné par les lignes de champ magnétique coronales.

• Source: NASA SDO Science Publications (nouvelle fenêtre) et Solar Physics Journal (2011) (nouvelle fenêtre).

Physique des anneaux coronaux

Ces structures, appelées boucles coronales, sont formées par du plasma suivant les lignes du champ magnétique solaire. La température du plasma dans ces régions peut atteindre \(1-3 \times 10^6\) kelvins. L'équation gouvernant l'équilibre magnétique est: \( \nabla p = \frac{1}{\mu_0} (\nabla \times \mathbf{B}) \times \mathbf{B} \) où \(p\) est la pression du plasma et \(\mathbf{B}\) le champ magnétique.

La protubérance observée présentait des températures allant de \(5\times 10^4\ \mathrm{K}\) (plasma de transition) à plus de \(10^6\ \mathrm{K}\) (plasma coronal). Les densités électroniques typiques atteignent \(10^9 - 10^{11}\ \mathrm{cm^{-3}}\) - extrêmement dense pour un plasma astrophysique, et les vitesses d’éjection peuvent dépasser \(500\ \mathrm{km\ s^{-1}}\) - environ 0,17% de la vitesse de la lumière et est comparable à un vent solaire rapide ou à une éjection stellaire modérée..

N.B. :
La densité électronique représente le nombre d’électrons libres par unité de volume.

Mécanismes en jeu

L’« anneau de feu » est la manifestation visuelle d’une reconnexion magnétique: les lignes de champ se réarrangent brutalement, libérant de l’énergie et propulsant du plasma. Le scénario probable est celui d’un flux rope magnétique instable (instabilité de kink ou torus) qui s’élève et entraîne du plasma dense de la chromosphère, visible dans la bande He II 304 Å.

Qu'est-ce qu'une reconnexion magnétique ?

La reconnexion magnétique est un processus fondamental en physique des plasmas où les lignes de champ magnétique se brisent et se reconnectent, convertissant l'énergie magnétique en énergie cinétique et thermique. Ce phénomène explique:

• Les éruptions solaires
• Les éjections de masse coronale
• Le chauffage de la couronne solaire

Un exemple typique est observé lors de l’« anneau de feu » solaire, où la reconnexion magnétique entraîne la formation de boucles coronales brillantes visibles dans l’ultraviolet extrême, signature d’un plasma porté à plusieurs millions de kelvins.

Tableau comparatif entre un anneau de feu et une protubérance

• Sources: NASA/SDO (nouvelle fenêtre) et NASA ADS (nouvelle fenêtre).

SDO a dépassé largement sa mission initiale

Lancé en février 2010, le Solar Dynamics Observatory (SDO) a dépassé largement sa mission initiale prévue pour 5 ans. En 2025, l’engin poursuit encore ses observations du Soleil, bien que plusieurs de ses instruments montrent des signes d’usure après plus de 15 années passées en orbite géosynchrone. Les capteurs d’imagerie ultraviolette (AIA) et l’instrument de mesure du champ magnétique (HMI) continuent de fournir des données précieuses, mais avec une calibration régulièrement ajustée pour compenser la dégradation des détecteurs et l’encrassement optique.

Les données recueillies par SDO depuis son lancement constituent aujourd’hui l’une des archives solaires les plus complètes jamais établies, couvrant plus d’un cycle solaire complet.

• Plus de 500 millions d'images haute résolution du Soleil
• La couverture complète de tout un cycle solaire (24^e cycle)
• La prédiction avec 72 heures d'avance de 95% des éruptions majeures

En 2025, la NASA a réduit le rythme de ses campagnes d’observation haute cadence afin d’optimiser la durée de vie des systèmes encore actifs, tout en préparant la transition vers un nouveau satellite.

Solar-C: L'héritier de SDO

Cet héritier, baptisé Solar-C (ou Solar-C Extreme Ultraviolet Observatory, SCEO), est un projet conjoint entre la NASA, la JAXA et l’ESA, prévu pour un lancement à la fin de la décennie 2020. Il bénéficiera de détecteurs plus sensibles dans l’extrême ultraviolet et d’une résolution temporelle accrue, permettant de suivre les processus magnétiques solaires à des échelles spatio-temporelles jamais atteintes. Solar-C reprendra également la mission d’étude de la dynamique de la couronne solaire et de ses interactions avec le vent solaire, assurant la continuité scientifique entre SDO et les futures générations de missions solaires.