Le Soleil en lumière de l'hydrogène alpha

Le mythe de l’éruption solaire (V)

Jusqu’en 1993 les géophysiciens pensaient que les éruptions solaires étaient seules responsables des tempêtes géomagnétiques et étaient à l’origine des aurores polaires. Faux, dit récemment le Dr Jack Gosling du Laboratoire National de Los Alamos, les éjections de matière coronale ou CME y participent également^[3].

Les CME sont d'immenses bulles de gaz emportées par le champ magnétique solaire et qui sont éjectées du Soleil en l'espace de quelques heures à près de 1000 km/s !

Les éjections de matière coronale (CME) Les CME perturbent les courants du vent solaire et provoquent des perturbations magnétiques qui frappent parfois la Terre de façon catastrophique. Le coronographe Spectrométrique et Grand Angle LASCO embarqué à bord du satellite SOHO a observé un grand nombre de CME. L'événement spectaculaire du 12 septembre 2000 présenté ci-dessus produisit un phénomène de halo donnant l'impression que le Soleil tout entier était enveloppé par la CME. De tels halos sont produits par des éruptions dirigées vers la Terre. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation (GIF de 595 KB).

Bien que la couronne solaire ait été observée durant les éclipses de Soleil depuis des centaines d'années, l'existence même des éjections de matière coronale ne fut révélée qu'après l'avènement de l'âge spatial. Les plus anciennes traces de ces phénomènes dynamiques remontent aux observations faites au moyen du coronographe embarqué à bord de l'Observatoire Solaire OSO 7 entre 1971 et 1973, relayé depuis par des observatoires embarqués et des satellites.

Ces éjections de matière à partir de la couronne sont provoquées par le réarrangement rapide des structures coronales qui injectent dans le vent solaire d’immenses quantités de matière. Ces structures ressemblent à de gigantesques arches en sustentation au-dessus d’un quadrant du disque solaire. Ces immenses bulles s’élèvent dans l’espace, laissant derrière elles leurs pieds enracinés dans le Soleil. Ces phénomènes sont mal connus et suscitent aujourd’hui un grand intérêt.

Nous savons qu’il existe une corrélation entre les éruptions et les aurores, ou plus communément entre les éruptions et les tempêtes magnétiques qui accompagnent les aurores. Mais les deux phénomènes ont également des effets additionnels induits par les CME. 

Les éruptions chromosphériques, photographiées ici en lumière UV se prolongent dans la basse couronne et peuvent occasionnellement provoquer des éjections de matière coronale lorsque le champ magnétique devient instable suite à l'injection d'énergie de plus en plus élevée faisant exploser l'arche de plasma. Documents TRACE.

Les CME sont souvent associées avec des éruptions chromosphériques et des protubérances mais elles peuvent se manifester en l'absence de ces phénomènes. La fréquence des CME varie avec le cycle solaire. Au minimum solaire on observe une CME par semaine. A l'approche du maximum on peut observer une moyenne de 2 à 3 CME par jour !

Inversement toutes les éruptions ne sont pas provoquées par les éjections de matière coronales, car elles sont beaucoup plus fréquentes que ces dernières. Selon Art Hundhausen de l’Observatoire NCAR de haute altitude, les éruptions chromosphériques seraient produites par des “reconnexions” magnétiques, un processus par lequel les champs magnétiques opposés s’annihileraient les uns avec les autres en libérant de l’énergie sous forme de rayons X et de particules énergétiques. 

Les reconnexions magnétiques A gauche schéma explicatif des reconnexions magnétiques lorsque survient une éruption avec la formation de feuille de courant, d'ondes rapides et de choc. Document JPL/Solarprobe.  A droite des reconnexions entre les deux régions actives AR9373 et AR9374 photographiées le 14 mars 2001 à 12h33 par TRACE à 171Å.

Cela s’expliquerait d’autant mieux quand on sait que la surface solaire est en mouvement permanent, comme un liquide en ébullition, qu’il accuse une rotation différentielle et que les lignes du champ magnétique finissent par s’entremêler au fil des rotations solaires, conduisant finalement à des instabilités magnétiques, propices aux éruptions.  

Lorsque le champ magnétique devient instable sous un filament, le champ de force perce la surface solaire provoquant l'effondrement explosif du filament (voir images ci-dessous). D'ordinaire ces phénomènes se produisent dans des régions éloignées des taches et les éruptions sont dénommées éruptions de Hyder en hommage à Charles Hyder qui publia des études de ce phénomène en 1967. 

Filament et CME La disparition d'un filament le 9 octobre 2000 peu avant minuit (images du haut) consista en un effondrement explosif de l'arche filamenteux qui fut immédiatement associée à une CME de classe C7 avec formation d'un halo. Le lendemain vers 5h du matin il n'y avait pratiquement plus aucune trace du halo qui s'était propagé dans l'espace à plus de 5 millions de kilomètres en moins de cinq heures !  Au centre de l'image de gauche le petit cercle blanc délimite la circonférence du Soleil, soit 696000 km ! Cliquer sur cette image pour lancer l'animation (GIF de 143KB). Document SOHO/LASCO.

Les éjections de matière coronale impliquent l’existence d’une forme spécifique du champ magnétique qui se déforme sur une grande échelle. Suite à l’éjection de matière coronale, celle-ci développe des lignes de forces opposées à la base des boucles qui peuvent se reconnecter et donner naissance à une éruption. Cette dernière peut donc être un effet complémentaire des éjections coronales mais elle peut aussi être une manifestation ordinaire de la surface solaire comme nous l’avons expliqué en étudiant le Soleil en lumière blanche.

Le Dr Don Reames de la NASA-GSFC amende lui aussi la théorie selon laquelle les éruptions sont à l’origine de l’émission de particules solaires énergétiques sur une grande échelle.

Bien que les éruptions chromosphériques participent au transfert de l’énergie vers les particules (directement à travers les reconnexions ou indirectement en générant des instabilités et des ondes de chocs dans la couronne) les immenses ondes de chocs qui accélèrent les éjections coronales peuvent exciter les particules sur une beaucoup plus grande échelle. Ces particules énergétiques doivent être dissociées de celles associées aux éruptions chromosphériques car elles s’en différencient par leur composition, leur charge et leur dispersion spatiale, cette dernière étant beaucoup plus localisée.

Les ondes de Moreton Propagation de deux ondes de choc dite de Moreton qui sont en fait des éruptions chromosphériques à grand échelle et excessivement puissantes. A gauche, une onde se développant en l'espace de 30 minutes sur le site ayant éjecté de la matière coronale (CME) le 12 avril 1997. Elle a été photographiée en lumière UV dans la raie du Fe XII à 195 Å. Ici le milieu est porté à 1.5 millions de degrés. Cliquer ici pour lancer l'animation. A droite, une onde de Moreton 6 à 7 fois plus rapide se développant dans la région active AR930 le 6 décembre 2006 et photographiée en H-alpha. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation. Ce véritable tsunami solaire comme le qualifia la NASA fut associé à une éruption de classe X6. Les 9 photographies ont été prises à environ une minute d'intervalle. Dans le second exemple, l'onde se propagea à quelque 270 km/s. Au cours de sa propagation elle perturba des filaments solaires, les détruisant ou les comprimant et les rendant temporairement invisibles, certains d'entre eux se rétablissant derrière son passage. Documents SOHO/EIT et NSO.

Aujourd'hui les astrophysiciens solaires ont accepté la théorie du Dr Jack Gosling car il est démontré que les CME sont à l’origine des plus fortes tempêtes géomagnétiques et des phénomènes d’aurores qui les accompagnent. Ces phénomènes sont liés à la forte intensité et à la configuration des lignes du champ magnétique solaire, à leur vitesse, et non pas à l’énergie des particules comme on le crut jusqu’au début des années 1990.

Prochain chapitre

Les tempêtes géomagnétiques