Tempêtes solaires

Les tempêtes solaires

Le Soleil inonde la Terre de ses rayons lumineux depuis toujours, mais de temps en temps des évènements, non sans conséquence pour l’homme, se produisent. Le Soleil produit en permanence 380 milliards de milliards de mégawatts (3,826×10²⁶ W) et cela depuis des milliards d'années. En une seconde le Soleil dégage plus d'énergie que toute l'humanité depuis sa naissance. 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.
Comment le Soleil fabrique-t-il cette énergie ?
Ce chaudron fabrique son énergie par fusion nucléaire grâce à la pression et la température énorme qui existent en son cœur. Si l'on chauffe suffisamment un gaz, les électrons se détachent des atomes et se déplacent librement, la matière ne se comporte plus comme un gaz et on lui donne alors le nom de plasma. Les atomes d'hydrogène lancés les uns contre les autres par la pression énorme, vont se transformer en atomes d'hélium, ce processus de fusion génère des atomes d'une masse légèrement plus petite et ce différentiel est libéré sous forme d'énergie. Des milliers d'explosions magnétiques secouent le Soleil. Le champ magnétique du Soleil n'a pas seulement deux pôles, nord et sud comme la Terre, mais entre 1 million et 10 millions de pôles.

Bien que maintenu par la gravité, le plasma n'a pas une rotation homogène, au niveau de l'équateur solaire le plasma accompli une révolution tous les 25 jours terrestres tandis qu'aux pôles il met environ 35 jours. Cette rotation différentielle crée des lignes de champs magnétiques tortillées et emmêlées, d’où s’élèvent des boucles de proéminences dans l'atmosphère solaire. Ces boucles de plasma sont appelées cordes de flux. Lorsque l'énergie accumulée doit se libérer, la masse de plasma est alors propulsée dans l'espace. Quand une tache solaire libère son énergie magnétique cela provoque une énorme explosion d’environ un milliard de mégatonnes, à la surface du Soleil. Les éruptions solaires envoient en permanence des particules de haute énergie dans l'espace et de temps en temps une bulle de plasma radioactive et surchauffée atteint notre Terre. Lorsque ces éjections de masses coronales (CME) propulsent une énorme quantité de matière en direction de la Terre, elles peuvent provoquer des dégâts considérables. Une éruption n’est pas forcément suivie d’une tempête, car la Terre est une petite boule lointaine et il est difficile de la toucher. De plus le bouclier magnétique nous protège en grande partie de ces tempêtes. Mais elles peuvent générer des courants électriques dans l’exosphère, la dernière couche de l'atmosphère et mettre hors service les satellites et autres infrastructures électriques.

Image : Cette photo montre la gigantesque protubérance prise par TESIS le 17 avril 2009.
Imaginez la taille de cette protubérance comparée à la taille de la Terre, représentée par le petit point bleu, en haut à droite de l'image.

Conséquences d'une tempête solaire

Les météorologues de l’espace émettent parfois des alertes, alors il est nécessaire de mettre en sommeil certains satellites et réseaux électriques qui peuvent se retrouver en surcharge. En 1989 une partie du Québec, environ six millions de personnes ont été plongées dans le noir à cause d’un phénomène solaire qui a endommagé des transformateurs. Le Soleil est surveillé de près, comme le lait sur le feu car la Terre est parfois en danger par son activité. Ce sont les taches solaires qui déclenchent les plus grosses tempêtes, aussi les météorologues les suivent attentivement pendant qu’elles tournent à la surface du Soleil. Ce qui est important de surveiller c’est l’emplacement et la direction des éjections. Tant que le canon de plasma n'est pas dirigé en direction de la Terre ce n’est pas inquiétant. La zone de tous les dangers est le centre du Soleil en rotation face à la Terre. Si les CME se forment à ce moment là elles peuvent viser directement la Terre et heurter la planète de plein fouet.
Comment sait-on que nous sommes touchés par les tempêtes solaires ?
Les tempêtes solaires créent de belles couleurs miroitantes autour de notre planète, ce sont les aurores. Les aurores excitent certains éléments de notre atmosphère et les font briller. Les molécules d’oxygène émettent une couleur rouge ou verte tandis que l’azote émet des roses, des bleus et des violets. Les aurores sont confinées aux pôles mais lors de gigantesques tempêtes, elles peuvent descendre vers l’équateur.

En 1859, les aurores ont atteint Rome. Cette tempête était si intense et l’alignement si parfait que la planète a reçu une quantité gigantesque de matière, ce fut la tempête solaire parfaite.
A notre époque, une nouvelle tempête parfaite produirait des effets dévastateurs car nos technologies seraient mises à mal. On pourrait perdre nos satellites de communications et notre alimentation électrique, ce qui plongerait la planète dans le chaos.
Le cycle solaire est un phénomène périodique. Le champ magnétique du Soleil change de sens, il oscille autour d'une période de 11 ans en moyenne avec une alternance de minimum et de maximum d'activité.
A la fin du cycle la polarité du champ magnétique s’est inversée par rapport à la fin du cycle précédent. Le cycle magnétique solaire a une période d'environ 22 ans. Les manifestations les plus spectaculaires en période d’intense activité magnétique sont l’apparition de taches solaires et de protubérances. Le nombre de taches augmentent progressivement lors du cycle de 11 ans, le prochain maximum pourrait se produire en 2012.
« Lorsque le vent solaire bouscule le champ magnétique de la Terre, l'effet est colossal : on assiste à la production de tensions de 100 000 volts, de courants de 10 millions d'ampères et de puissance atteignant 1 000 milliard de watts », explique George Sofko, physicien à l'Université de la Saskatchewan.

Vidéo : La NASA a publié une vidéo d’une éruption solaire du 18 juin particulièrement impressionnante. Des « débris solaires » auraient été éjectés lors de cette éruption et les scientifiques cherchent à comprendre les possibles impacts pour la Terre.

Activité solaire, éruption à incandescence

Un filament solaire est resté suspendu pendant plus d’une semaine au-dessus de la surface solaire avant d’entrer en éruption. Il a été filmé par le satellite SDO dans la gamme de l’ultraviolet émise par l’hélium.
L’explosion a engendré une éjection de matière coronale (CME) qui a dispersé un plasma de haute énergie à travers le système solaire.
La Terre n’a pas traversé ce nuage de plasma à ce moment là, aucune aurore polaire n’a illuminé le ciel de notre planète.
Ce type d’évènement va se reproduire de plus en plus fréquemment dans les années à venir alors que nous approchons du pic d’activité du cycle solaire.

Vidéo : Un très long filament solaire qui serpentait dans la couronne solaire a finalement explosé, le 6 décembre 2010. Le SDO (Solar Dynamics Observatory) de la NASA a filmé cette explosion dans la lumière ultraviolette de l'hélium. Ce filament mesurait presque un million de km de long soit environ un demi-rayon solaire. Le SDO a eu le temps de filmer cet évènement avant que la rotation du Soleil ne nous cache la vue.
Les filaments allongés de matière sont des nuages de gaz refroidis et suspendus au-dessus de la surface du Soleil par des forces magnétiques.
Crédit: NASA's GSFC, SDO AIA Team

La marche aléatoire du photon

L’énergie produite par la fusion nucléaire est véhiculée depuis le cœur du Soleil par des particules de lumière et de chaleur appelées photons. Ce sont ces particules qui transportent les rayons lumineux jusqu’à la Terre. Cette particule créée dans le noyau solaire va traverser toutes les couches du Soleil, la zone radiative puis la zone de convection, la photosphère et enfin l'atmosphère solaire. Un photon commence par pénétrer la zone radiative épaisse de 300 000 km, la densité est si élevée que le photon entre sans cesse en collision avec d’autres particules comme les atomes ionisés d’hydrogène et d’hélium. La progression du photon est chaotique, elle est appelée par les scientifiques, marche aléatoire du photon. Le photon est absorbé par les atomes et réémis immédiatement, ce va et vient se reproduit des millions de fois. Au fur et à mesure ou il remonte vers la surface du Soleil, la densité de matière décroit, il y a moins de collisions et d’interactions, sa marche devient beaucoup moins chaotique. Quand il n’est plus qu’à 200 000 km de la surface, le photon entre dans la zone convective et son rythme s’accélère, le photon est poussé vers l'extérieur par le bouillonnement de la matière.

Happé par d’immenses colonnes de gaz, il ne lui faut alors qu’une dizaine de jours pour arriver à la surface du Soleil. Le photon émerge alors des gaz de l’atmosphère solaire.
Ensuite il ne lui faut que 8 mn pour franchir les 150 millions de km qui le séparent de notre planète.

Image : Le cycle proton-proton, d'abord 2 protons fusionnent en un noyau de deutérium pour créer un noyau d'hélium, au passage des photons sont libérés.
Les atomes d'hydrogène lancés les uns contre les autres par la pression énorme, vont se transformer en atomes d'hélium, ce processus de fusion génère des atomes d'une masse légèrement plus petite et ce différentiel est libéré sous forme d'énergie.