©Planeterrella Un simulateur d’aurores polaires
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L’ionosphère aurorale

Regarder le Soleil à différentes longueurs d’ondes permet de voir sa surface à différentes altitudes sous la chromosphère. A 575 nm par exemple, on peut voir ses granulations, c’est à dire la surface de la couche convective.

granulation solaire Photographie des granulations de la photosphère du Soleil calme
(source : base de donnée solaire BASS2000, Observatoire Midi Pyrénées)

Pour imaginer ce qui se passe, on peut procéder par analogie, en regardant bouillir une soupe épaisse dans une casserole. Les bulles de soupe les plus chaudes montent depuis le fond jusqu’à la surface et explosent. La flamme de la cuisinière représente le noyau nucléaire du Soleil. Bien que l’échelle ne soit pas respectée, le fond de la casserole représente la région radiative solaire, dans laquelle de l’énergie est transportée sans transfert de matière. Enfin, la soupe solaire est composée d’électrons et de protons au lieu des légumes du jardin. Vues de loin, les bulles de soupe qui montent et qui descendent ressemblent à des grains de riz. Les gouttes qui s’échappent de la casserole (et qui retombent sous l’effet de la gravité terrestre...aucune simulation n’est parfaite !) représentent le vent solaire. Enfin, l’évaporation au-dessus de la casserole correspond à la couronne solaire. Les théoriciens du début du siècle savaient, depuis les expériences de Birkeland en 1903, que l’origine des aurores se trouvait dans l’éjection des particules du Soleil. Néanmoins, en raison de la masse élevée de l’astre, ils se refusaient à considérer que cette éjection puisse être permanente. C’est Parker, en 1955, qui réussit à montrer qu’en considérant une pression stellaire nulle à l’infini, la couronne solaire n’est pas en équilibre hydrostatique. Dès lors, un flux de particules peut s’en échapper de façon continue. Il a appelé ce flux du joli nom de vent solaire.

La partie ionique du vent solaire est composé de 95% d’ions d’hydrogène et 5% d’ions d’hélium. Dans le plan de l’écliptique, au niveau de l’orbite de la Terre, il souffle à une moyenne de 400 km.s-1. Cependant de récentes observations du satellite ULYSSE ont montré que cette vitesse augmentait jusqu’à 750 km.s-1 environ pour des latitudes solaires supérieures à 20°. A une unité astronomique, sa concentration est d’environ 5 ions et 5 électrons par centimètre cube dans le plan de l’écliptique (donc, chaque seconde, à peu près 400 millions de particules traversent chaque centimètre carré à une telle distance). La sonde ULYSSE a également mesuré que cette concentration était divisée de moitié pour des latitudes solaires supérieures à 20°.

éruption solaire Eruption solaire prise par le satellite SOHO. L’image se lit de droite à gauche

Avec une périodicité d’environ 11 ans, le Soleil connaît aussi des périodes de forte activité pendant lesquelles des taches sombres apparaissent à sa surface. Dans ces taches, le champ magnétique est plus élevé (jusqu’à un millier de fois) que n’importe où ailleurs à la surface du Soleil. Par conséquent, la matière, sensible au champ magnétique, y est plus organisée ; les collisions sont moins fréquentes et la température décroît de 5800 K à 4000 K environ. Lorsque les taches ont différentes polarités, un tube de force magnétique peut être créé. Les électrons et les ions sont conduits le long de cette ligne neutre par les forces de Lorentz.
Corrélativement, des phénomènes violents, sporadiques, éjectent de la matière énergétique rapide. Ce sont des éruptions issues d’arcs pouvant atteindre une quarantaine de fois le diamètre de la Terre, ou des éjections de masse coronale dont la physique n’est pas encore bien explicitée.
Sur la Terre, il s’en suit un à trois jours plus tard des perturbations magnétiques, dues à l’interaction du champ géomagnétique et du champ magnétique porté par le vent solaire. Si leur effet se cantonne aux hautes latitudes, on parle de sous-orage magnétique. Dans les cas, beaucoup plus rares où les perturbations touchent l’ensemble du globe, on parle d’orage magnétique. Les effets peuvent s’avérer spectaculaires. Ainsi, le 13 mars 1989, un orage magnétique a causé la panne de générateurs au Québec, coupant l’électricité à 6 millions de Canadiens et d’Américains pendant 9 heures. Le même orage fit gonfler l’atmosphère terrestre, augmentant la friction sur des satellites, et ainsi fit monter leur orbite ! La prévision des perturbations solaires –et partant des perturbations de notre monde technologique – est le domaine d’une branche récente de l’astronomie : la météorologie de l’espace.

Transformateur Transformateur ayant fondu a la suite d’une eruption solaire

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)