Des chercheurs, dont une équipe de l'Université Northwestern, ont fait une percée dans la compréhension du champ magnétique solaire, découvrant qu'il provient plus près de la surface qu'on ne le pensait auparavant. Ces informations pourraient améliorer les prévisions des tempêtes solaires, qui présentent des risques pour l'infrastructure technologique de la Terre. Crédit : Issues.fr.com
Une nouvelle étude révèle que le champ magnétique du soleil provient plus près de la surface, résolvant un mystère vieux de 400 ans sondé pour la première fois par Galilée et améliorant la prévision des tempêtes solaires.
Une équipe internationale de chercheurs, dont Université du nord-ouest ingénieurs, se rapproche de la résolution d'un mystère solaire vieux de 400 ans qui a même déconcerté le célèbre astronome Galileo Galilei.
Depuis qu’ils ont observé pour la première fois l’activité magnétique du Soleil, les astronomes ont eu du mal à déterminer l’origine de ce processus. Maintenant, après avoir exécuté une série de calculs complexes sur un NASA supercalculateur, les chercheurs ont découvert que le champ magnétique est généré à environ 20 000 milles sous la surface du soleil.
Cette découverte contredit les théories précédentes, qui suggèrent que le phénomène a des origines profondes – commençant à plus de 130 000 milles sous la surface du soleil.
La recherche a été publiée le 22 mai dans la revue Nature.
Non seulement cette nouvelle découverte nous aide à mieux comprendre les processus dynamiques de notre soleil, mais elle pourrait également aider les scientifiques à prévoir avec plus de précision les puissantes tempêtes solaires. Bien que les fortes tempêtes solaires de ce mois-ci aient offert de magnifiques vues étendues des aurores boréales, des tempêtes similaires peuvent provoquer d'intenses destructions, endommageant les satellites en orbite autour de la Terre, les réseaux électriques et les communications radio.
Cette illustration présente une représentation des champs magnétiques du soleil sur une image capturée par le Solar Dynamics Observatory de la NASA. La superposition complexe de lignes peut enseigner aux scientifiques la façon dont le magnétisme du soleil change en réponse au mouvement constant sur et à l'intérieur du soleil. Crédit : NASA/SDO/AIA/LMSAL
« Comprendre l'origine du champ magnétique solaire est une question ouverte depuis Galilée et est important pour prédire l'activité solaire future, comme les éruptions cutanées qui pourraient frapper la Terre », a déclaré Daniel Lecoanet, co-auteur de l'étude. « Ce travail propose une nouvelle hypothèse sur la manière dont le champ magnétique solaire est généré, qui correspond mieux aux observations solaires et, nous l'espérons, pourrait être utilisée pour faire de meilleures prévisions de l'activité solaire. »
Expert en dynamique des fluides astrophysiques, Lecoanet est professeur adjoint de sciences de l'ingénierie et de mathématiques appliquées à la McCormick School of Engineering de Northwestern et membre du Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique. Geoffrey Vasil, professeur de mathématiques à l'Université d'Édimbourg en Écosse, a dirigé l'étude.
Une histoire déroutante
Pendant des siècles, les astronomes ont étudié les signes révélateurs de l’activité magnétique du Soleil. Parmi eux se trouvait Galilée, qui a fait les premières observations détaillées des taches solaires en 1612. À l'aide des premiers télescopes et même de son œil nu, Galilée a documenté les taches sombres changeantes provoquées par le champ magnétique en constante évolution du soleil.
Au fil des années, les astronomes ont fait des progrès significatifs dans la compréhension des origines de la dynamo solaire – le processus physique qui génère le champ magnétique – mais des limites subsistent. Les théories suggérant que la dynamo a une origine profonde, par exemple, prédisent des caractéristiques solaires que les astronomes n'ont jamais observées, telles que de puissants champs magnétiques aux hautes latitudes.
Cette image du 20 juin 2013 à 23 h 15 HAE montre la lumière vive d'une éruption solaire sur le côté gauche du soleil et une éruption de matière solaire traversant l'atmosphère du soleil, appelée éruption de proéminence. Crédit : NASA/Goddard/SDO
Pièces manquantes
Pour résoudre ce casse-tête, l'équipe de recherche a développé de nouvelles simulations numériques de pointe pour modéliser le champ magnétique du soleil. Contrairement aux modèles précédents, le nouveau modèle prend en compte les oscillations de torsion, un modèle cyclique de la façon dont le gaz et plasma circuler à l’intérieur et autour du soleil. Parce que le Soleil n’est pas solide comme la Terre et la Lune, il ne tourne pas comme un seul corps. Au lieu de cela, sa rotation varie avec la latitude. Comme le cycle magnétique solaire de 11 ans, les oscillations de torsion connaissent également un cycle de 11 ans.
« Comme l'onde a la même période que le cycle magnétique, on a pensé que ces phénomènes étaient liés », a déclaré Lecoanet. « Cependant, la « théorie profonde » traditionnelle du champ magnétique solaire n'explique pas d'où viennent ces oscillations de torsion. Un indice intrigant est que les oscillations de torsion se produisent uniquement à proximité de la surface du soleil. Notre hypothèse est que le cycle magnétique et les oscillations de torsion sont des manifestations différentes du même processus physique.
Lorsque Kyle Augustson, chercheur postdoctoral au laboratoire de Lecoanet à Northwestern, a effectué les simulations numériques, les chercheurs ont découvert que leur nouveau modèle fournissait une explication quantitative des propriétés observées dans les oscillations de torsion. Le modèle explique également comment les taches solaires suivent les schémas de l'activité magnétique du soleil – un autre détail manquant dans la théorie de l'origine profonde.
Améliorer les prévisions
Grâce à une meilleure compréhension de la dynamo solaire, les chercheurs espèrent améliorer les prévisions des tempêtes solaires. Lorsque les éruptions solaires et les éjections de masse coronale se lancent vers la Terre, elles peuvent gravement endommager les infrastructures électriques et de télécommunications, notamment GPS outils de navigation. Les récentes tempêtes solaires de ce mois-ci, par exemple, ont détruit les systèmes de navigation du matériel agricole, juste au plus fort de la saison des semis.
Mais les chercheurs considèrent une tempête solaire encore plus puissante qui a frappé le Canada en septembre 1859 comme un avertissement. Surnommée l'événement de Carrington, l'intense tempête a endommagé le tout nouveau système télégraphique du pays. S’ils étaient suffisamment avertis, les ingénieurs pourraient prendre des mesures pour éviter des dommages catastrophiques à l’avenir.
« Même si les récentes tempêtes solaires ont été puissantes, nous sommes préoccupés par des tempêtes encore plus puissantes comme l'événement de Carrington », a déclaré Lecoanet. « Si une tempête d’intensité similaire frappait les États-Unis aujourd’hui, elle causerait entre 1 000 et 2 000 milliards de dollars de dégâts. Bien que de nombreux aspects de la dynamique solaire restent entourés de mystère, nos travaux font d’énormes progrès dans la résolution de l’un des plus anciens problèmes non résolus de la physique théorique et ouvrent la voie à de meilleures prédictions de l’activité solaire dangereuse.
Pour en savoir plus sur cette recherche :
- Les astrophysiciens repensent les champs magnétiques solaires
L'étude a été soutenue par la NASA (numéros de subvention 80NSSC20K1280, 80NSSC22K1738 et 80NSSC22M0162). Les calculs ont été effectués avec le soutien du programme de calcul haut de gamme de la NASA par l'intermédiaire de la division NASA Advanced Supercomputing (NAS) du centre de recherche Ames.
