Taches solaires

Le cycle du Soleil

Il y a plus de 400 ans, le 9 mars 1611, l'étudiant allemand Johannes Fabricius, n'est pas le premier à remarquer la présence de taches sombres sur le Soleil, mais sa publication est la première, à démontrer que les taches appartiennent au Soleil. Fabricius, après une série d'observations à la lunette, note que les taches sont bien solaires, car elles se déplacent, au fil des jours, vers le bord ouest du Soleil.
Fabricius conclut que le Soleil effectue une rotation autour de son axe.
L'observation aisée des taches solaires permet de constater non seulement que la rotation du soleil sur lui-même, à l'équateur, se fait en 27 jours, mais aussi que l'activité des zones chaudes et froides du Soleil respectent un cycle. Le cycle solaire est la période pendant laquelle l'activité du Soleil varie d'un maximum à l'autre.
Dans l'absolu, l'activité solaire est réglée par un cycle d'une période moyenne de 11,2 ans mais la durée peut varier entre 8 et 15 ans. Le cycle de 11 ans a été déterminé pour la première fois par l'astronome allemand Heinrich Schwabe vers 1843.
En 1849, l'astronome suisse Johann Rudolf Wolf (1816-1893), établit une méthode de calcul de l'activité solaire basée sur le nombre de taches. Les cycles de Schwabe sont numérotés à partir du maximum de 1761.
Le cycle n°24 commence en 2012.
Les variations de l'activité solaire se traduisent sur Terre, par des fluctuations de la propagation des ondes radio. La gamme de fréquences concernée couvre les ondes dites décamétriques ou ondes courtes, qui se propagent à longue distance.

Pendant ces orages magnétiques, la très forte ionisation des couches hautes de l'atmosphère peut perturber les communications satellites, avec les conséquences que l'ont peut imaginer pour les télécommunications. Les taches solaires apparaissent groupées dans la photosphère chaude (5800 K), comme une zone sombre, plus froide (4500 K), entourée d'une région plus claire (4500 K à 5800 K) et sont dues à une augmentation locale du champ magnétique. Ces taches peuvent atteindre des dimensions de plusieurs dizaines de milliers de km.
Au début du cycle solaire, les taches apparaissent généralement, à haute latitude dans les deux hémisphères, nord et sud.
Tout au long du cycle, les taches vont se rapprocher de l'équateur jusqu'au début du cycle suivant.
La sonde Ulysse a survolé pour la première fois successivement les régions des pôles Sud (1994) et Nord (1995) du Soleil, invisibles depuis la Terre.
Pour observer les pôles du Soleil, la sonde dû sortir du plan de l'écliptique (plan dans lequel tournent les planètes autour du Soleil). Elle a utilisé l'énorme champ gravitationnel de Jupiter pour changer le plan de son orbite. Son orbite est perpendiculaire par rapport à celui de la terre, très loin du Soleil, à la distance d'environ 300 millions de km. La sonde fut idéalement placée pour observer, en juillet 1994, la collision entre la comète Shoemaker-Levy 9 et Jupiter.
Ulysses a permis de connaitre la vitesse exacte des vents solaires. Ce flot constant de particules, émis par le Soleil, est deux fois plus grande qu'estimée. Cette vitesse est d'environ 800 kilomètres/seconde.

Image : La sonde Ulysses, a été lancée, le 6 octobre 1990 par la navette spatiale Discovery. La mission s'est arrêtée le 30 juin 2009 suite à la dégradation de la source d'énergie de la sonde. Ce vaisseau de 370 kg, fut le premier et le seul à survoler les pôles du Soleil pour étudier l'héliosphère, cette vaste bulle qui entoure notre étoile. Conçue pour une durée de 5 ans, sa longévité a été exceptionnelle, un record de 6822 jours d'exploitation (18 ans 246 jours).

Le Soleil vu par Ulysses, dans les années 1990

Ci-contre, les mesures prises par la sonde Ulysses, de la température des pôles nord et sud du Soleil en milliers de kelvin.
La prolongation de la mission a été décidée en raison du pic d'activité du Soleil, les pôles ont été de nouveau survolés, en 2000 et 2001, soit la période d'activité maximale. Les derniers survols sont intervenus entre novembre 2006 et avril 2007 (pôle sud) et entre novembre 2007 et mars 2008 (pôle sud).
En 2008, suite à une diminution de la puissance de la sonde, la mission semblait sur le point se s'arrêter, mais, des données scientifiques ont pu être collectées jusqu'à la fin de la mission, qui s'est arrêtée le 30 juin 2009.

Image : Températures des trous coronaux polaires du Soleil mesurées par Ulysses.

Le Soleil vu par Soho, dans les années 2000

Notre réacteur thermonucléaire tire son énergie de réactions de fusions nucléaires qui transforment, dans son noyau, à une température de 15 millions de degrés, l'hydrogène en hélium, depuis 4,57 milliards d'années. La consommation c'est-à-dire la perte de masse du Soleil est de 4 millions de tonnes d'hydrogène par seconde, en effet il transforme 564 millions de tonnes d'hydrogène en 560 millions de tonnes d'hélium.
Début 2010 de nombreux groupes de taches solaires ont refait leur apparition, signe d'une reprise d'activité. Ces régions moins chaudes sont visibles sous forme de tache sombre entourée d'une auréole appelée "pénombre", le tout se détachant sur la couche superficielle du Soleil, appelée photosphère. Ces tâches sombres, d'une taille équivalente à notre Terre, ont un cycle moyen d'environ 11,2 ans (entre 9 et 14 ans). Après le minimum d'activité de 2007, les taches auraient du réapparaitre progressivement depuis, annonçant le prochain cycle du Soleil, mais les scientifiques n'ont rien constaté, pendant trois ans. Depuis le mois de décembre 2009, le Soleil semble se réveiller, mais le maximum d'activité solaire attendu en 2012, risque d'être décevant par rapport à celui de 2001.
 

La sonde spatiale SOHO, fruit d'une collaboration entre la NASA et l'ESA, a été lancée le 2 décembre 1995 de la base de Cap Canaveral (USA) par une fusée Atlas II. La mission SOHO avait pour objectif d'étudier la structure interne du Soleil, la chaleur de son atmosphère, les origines du Vent solaire. En fonctionnement depuis février 1996, la mission se déroule encore remarquablement en 2010.
SOHO évolue sur une orbite en halo autour du point de Lagrange L1. A cet endroit, les forces de gravitation exercées par le Soleil et la Terre sur un objet, s'équilibrent, mais l'équilibre est instable et SOHO décrit donc une orbite autour de ce point particulier. La période de révolution de SOHO est donc égale à la période de révolution de la Terre autour du Soleil, soit environ 365 Jours.

Image : Ces 4 images proposées par le satellite spatial Soho, montrent l'évolution quotidienne des groupes de taches solaires observables entre le 8 et le 10 février 2010. Crédits : Nasa

Le Soleil vu par SDO, dans les années 2010

SDO (Solar Dynamics Observatory), est le nouvel observatoire solaire, qui a depuis, remplacé Soho. SDO a été lancé par la NASA, le jeudi 11 février 2010. SDO observe le Soleil en continu, avec une résolution spatiale et temporelle bien plus élevée que Soho. Son orbite est géosynchronisée, à environ 35 000 km d'altitude. SDO est le premier satellite du programme 'Vivre avec une étoile' (LWS) de la NASA. De son orbite géosynchrone, SDO pointe ses instruments vers le soleil, et nous envoie de magnifiques vidéos sur son fonctionnement interne. Les images les plus impressionnantes du Soleil, sont celles de ses éruptions grandioses. En février 2011, le satellite SDO de la NASA a filmé une éruption particulièrement impressionnante. L'explosion imprévisible de protubérance, suivie dans l'ultraviolet (voir l'animation ci-contre), retrace en quelques secondes, un évènement qui s'est déroulé sur 90 minutes. Les protubérances sont des filaments de matière solaire, projetés au-dessus de sa surface et qui caractérisent l'activité du Soleil. Elles peuvent atteindre, comme le 30 mars 2010, la taille impressionnante de 230 000 km (17 fois le diamètre de la Terre), le diamètre du Soleil est de 1 392 000 km.

Une protubérance solaire est un nuage de gaz s'éjectant de la surface solaire, soutenu par une boucle du champ magnétique de notre étoile. Bien que très chaude, les protubérances sont légèrement plus froides que la surface. Une protubérance éruptive peut perdurer en lévitation environ un mois, et libérer, au travers d'une éjection de masse coronale, du gaz chaud à travers tout le système solaire.
Le mécanisme énergétique exact qui conduit à la formation de protubérances est encore mal compris, mais fait l'objet, d'intenses recherches.
Le maximum d'activité est attendu pour 2012.

Vidéo : L'observation des fluctuations de l'activité solaire vont permettre de connaitre son influence sur le climat terrestre. Cette vidéo accélérée, montre une protubérance solaire qui a duré 1H30, ce qui représente ici, une image toutes les 24 secondes.
Crédit: NASA/Goddard/SDO AIA Team.