La couronne solaire est étrangement chaude et Parker Solar Probe écarte une explication

En plongeant dans la couronne solaire, la sonde solaire Parker de la NASA a exclu les courbures en S du champ magnétique solaire comme cause des températures brûlantes de la couronne, selon une étude de l’Université du Michigan publiée dans Lettres du journal astrophysique.

L’atmosphère du Soleil, semblable à une couronne, peut être 200 fois plus chaude que la surface du Soleil, bien qu’elle soit plus éloignée de la source ultime de chaleur du noyau solaire. La façon dont la chaleur de la couronne défie apparemment la physique a déconcerté les scientifiques pendant des décennies, mais elle permet à la soupe chaude de particules chargées du Soleil, ou plasma, de se déplacer suffisamment vite pour échapper à l’attraction gravitationnelle du Soleil et engloutir notre système solaire sous forme de vent solaire.

Pour résoudre ce mystère, la NASA a construit la sonde solaire Parker pour plonger dans la couronne et trouver sa source de chaleur. Le vaisseau spatial est équipé d’un ensemble d’instruments conçus par Justin Kasper, professeur de sciences et d’ingénierie du climat et de l’espace à l’UM, pour mesurer directement la densité, la température et le flux du plasma de la couronne.

Lors de sa première approche du Soleil, la sonde a détecté des centaines de courbures en S dans le champ magnétique solaire, appelées « lacets » en référence à la façon dont elles inversent brièvement la direction du champ magnétique, ainsi que des milliers de courbes moins prononcées. Pour certains scientifiques, ces lacets semblaient être des sources prometteuses de chaleur pour la couronne et le vent solaire. Leur courbure prononcée en S stockait une grande quantité d’énergie magnétique, qui s’est probablement libérée dans le plasma environnant lorsque les lacets ont traversé l’espace et ont fini par se redresser.

« Cette énergie doit aller quelque part, et elle pourrait contribuer à réchauffer la couronne et à accélérer le vent solaire », a déclaré Mojtaba Akhavan-Tafti, chercheur adjoint en sciences et ingénierie du climat et de l’espace à l’UM et auteur correspondant de l’étude.

Mais pour chauffer la couronne, des virages doivent la traverser. Il est donc essentiel de savoir où se forment ces virages pour comprendre leur influence sur la température de la couronne. Après avoir étudié les données des 14 premiers tours de la sonde solaire Parker autour du soleil, l’équipe de recherche a découvert que si les virages en S sont courants dans le vent solaire près du soleil, ils sont absents à l’intérieur de la couronne.

Les scientifiques ne parviennent toujours pas à s’accorder sur les causes des virages. Certains pensent que le champ magnétique est courbé par les turbulences du vent solaire au-delà de la couronne. D’autres pensent que les virages commencent leur parcours à la surface du soleil, lorsque des lignes et des boucles de champ magnétique entrent en collision de manière explosive et se combinent pour former des formes courbées.

Les résultats de l’étude infirment cette dernière hypothèse. Si les virages en sens inverse se sont formés à la suite de collisions de champs magnétiques à la surface du Soleil, ils devraient être encore plus fréquents à l’intérieur de la couronne. Cependant, Akhavan-Tafti pense que les collisions magnétiques pourraient encore jouer un rôle indirect dans l’origine des virages en sens inverse et dans le réchauffement de la couronne.

« Notre théorie pourrait combler le fossé entre les deux écoles de pensée sur les mécanismes de génération de ces inversions en forme de S », a déclaré Akhavan-Tafti. « Bien qu’elles doivent se former à l’extérieur de la couronne, il pourrait y avoir un mécanisme déclencheur à l’intérieur de la couronne qui provoque la formation de ces inversions dans le vent solaire. »

Lorsque des champs magnétiques entrent en collision à la surface du soleil, ils vibrent comme des cordes de guitare pincées et envoient des ondes le long des champs magnétiques dans l’espace. Dans le même temps, l’énergie des collisions crée des flux de plasma très rapides dans le vent solaire.

Akhavan-Tafti pense que le plasma rapide déforme les ondes magnétiques en boucles dans le vent solaire. Si certaines de ces ondes se dissipent dans l’atmosphère solaire avant de devenir des boucles, elles pourraient également jouer un rôle dans le réchauffement de la couronne.

« Les mécanismes qui provoquent la formation de lacets, ainsi que les lacets eux-mêmes, pourraient chauffer à la fois la couronne et le vent solaire », a-t-il déclaré.

Il n’existe toutefois pas actuellement suffisamment de données pour privilégier les déclencheurs à la surface du soleil plutôt que les turbulences du vent solaire comme cause des retournements de situation.

« Les prochaines expéditions de la sonde solaire Parker vers le soleil, dès le 24 décembre 2024, permettront de recueillir davantage de données encore plus près du soleil. Nous utiliserons ces données pour tester davantage notre hypothèse », a déclaré Akhavan-Tafti.