Maucun des mystères de notre soleil n’est enfoui en son cœur, comme on pourrait s’y attendre. Ils dansent férocement à sa surface. Le plasma jaillit, parcourant des millions de kilomètres dans l’espace avant de replonger pour retourner dans sa maison enflammée. Des éruptions solaires massives projettent des rayons X mortels dans le système solaire. Et les éjections de masse coronale projettent des morceaux du corps du soleil dans l’espace, créant des tempêtes d’énergie qui peuvent faire des ravages sur les planètes de notre système solaire.
Pendant des millénaires, les astronomes se sont émerveillés devant ces phénomènes, se demandant ce qui pourrait en être la cause. Mais l’émerveillement était à peu près tout ce qu’ils pouvaient faire. Les démonstrations de force ne pouvaient généralement être aperçues que brièvement lors d’une éclipse solaire totale, lorsque la lune bloquait le corps du soleil et le soleil. couronne solaire— son atmosphère la plus extérieure — et ses proéminences sauvages sont devenues visibles.
Aujourd’hui, cependant, les scientifiques ont scellé la cire sur leurs proverbiales ailes et volent toujours plus près du soleil, capables d’observer son atmosphère et de l’étudier directement dans toute sa splendeur ardente.
La Parker Solar Probe a dû prendre un risque icarien.
Après son lancement en 2018, la sonde solaire Parker de la NASA s’est lancée autour de Vénus, utilisant la planète comme puits d’énergie gravitationnelle pour rapprocher la sonde de plus en plus et plus proche au chaos du soleil. Rejoints par le Solar Orbiter de l’ESA, lancé en 2020, les deux audacieux ont renvoyé des preuves étonnantes sur ce qui motive la fureur à haute énergie du soleil. Les résultats suggèrent qu’il ne s’agit pas de panaches de feu en combustion ou de violentes frappes de météores, comme les astronomes précédents l’avaient suggéré, mais plutôt d’une force humble, sans prétention, généralement ignorée dans l’univers : les champs magnétiques.
En tant qu’astrophysicien, j’ai un faible pour les champs magnétiques. Ils ne reçoivent jamais vraiment l’attention qu’ils méritent. Le mien recherche a enquêté le rôle subtil qu’ils jouent à la plus grande des échelles cosmiques. Et j’ai appris au fil des années que lorsqu’il y a un processus dans l’univers que vous ne comprenez pas entièrement, cela vaut la peine de s’intéresser aux champs magnétiques. Car même s’ils sont faibles, ils sont souvent sournois.
Les champs magnétiques sont partout dans l’univers. Chaque fois que vous prenez un ensemble de particules chargées et que vous les accélérez, le courant électrique qui en résulte génère la formation d’un champ magnétique associé. La Terre a des particules chargées qui tourbillonnent dans son noyau en fusion, et ainsi les champs magnétiques s’enroulent autour de notre planète de manière étreinte protectrice. Les nuages d’étoiles en formation ont des flux turbulents de particules chargées et avec eux des champs magnétiques enchevêtrés et noueux. Même des amas entiers de galaxies, les plus grandes structures gravitationnellement liées de l’univers, abritent des champs magnétiques s’étendant sur des millions d’années-lumière de côté.
Et pourtant, malgré toute cette abondance magnétique dans l’univers, les champs eux-mêmes constituent l’un des phénomènes les plus faibles du monde naturel, si faibles qu’ils peuvent presque toujours être ignorés dans toute considération physique. Ils jouent rarement un rôle de premier plan dans les processus astrophysiques ; ils semblent simplement exister par hasard.
Sur Terre, il faut la puissance combinée de l’ensemble du noyau fondu pour générer un champ magnétique suffisamment puissant pour pousser doucement l’aiguille d’une boussole. Pour toutes les créatures vivantes sur Terre, à l’exception des oiseaux migrateurs et d’une poignée d’autres espèces, si nous perdions notre champ magnétique, nous ne le remarquerions pas vraiment au quotidien. Il en va de même pour la grande majorité des cas astrophysiques : les champs magnétiques sont làs’étendant à travers l’univers, mais sont relégués au rôle d’acteurs de fond non parlants, pas à l’un des acteurs principaux.
Notre soleil, étant une boule géante de plasma, possède naturellement son propre champ magnétique. Cependant, elle n’est pas particulièrement puissante, seulement environ deux fois plus puissante que celle de la Terre et moins d’un quart de celle de Jupiter. Et, honnêtement, même si les champs magnétiques sont présents à peu près partout dans l’univers, ils ne semblent généralement pas faire grand-chose.
Mais pendant des décennies, certains astrophysiciens audacieux, comme le pionnier Eugene Parker, qui a donné son nom à la sonde solaire Parker, ont soupçonné que les champs magnétiques pourraient jouer un rôle démesuré dans la dynamique radicale du soleil. Ainsi, la sonde, ainsi que le Solar Orbiter, ont été lancés avec des instruments spécialement conçus pour mesurer la force et l’étendue des champs magnétiques en constante évolution du soleil. En combinaison avec des instruments plus traditionnels, comme des optiques de télescope résistantes à la chaleur et des détecteurs de particules, les équipes à l’origine des missions espéraient que les sondes pourraient se poser sur une connexion étrange et complexe entre les champs magnétiques du soleil et ses impressionnantes démonstrations de puissance brute.
Les champs magnétiques peuvent se tordre et se regrouper, transformant des fils faibles en câbles puissants.
Pour y parvenir, la Parker Solar Probe a dû prendre un risque icarien. En avril 2021, la sonde solaire Parker de la NASA est devenue le premier instrument jamais conçu par des mains humaines pour « toucher le soleil », naviguant dans son enfer qu’est une couronne, où les températures grimpent jusqu’à 2 millions de degrés Fahrenheit (200 fois plus chaudes que la surface du soleil). lui-même). Tournant autour de notre étoile natale à une vitesse de plus de 90 milles par seconde, établissant également un record du vaisseau spatial le plus rapide de l’histoire, Parker s’est approché à environ 6,5 millions de milles de la surface solaire. En passant seulement peu de temps à cette distance rapprochée lors de ce passage, la sonde a collecté autant de données que possible : cartographier la surface solaire, mesurer le flux de particules de haute énergie voyageant à travers la couronne et mesurer les champs magnétiques lorsqu’elles se tordent et s’enroulent. dans tout l’environnement du soleil.
Depuis cette ligne de front extrême, Parker a renvoyé des flots de données vers la Terre, où les scientifiques sont encore en train de les traiter et de les analyser. Ce qui devient clair, c’est que les champs magnétiques du soleil opèrent avec une superpuissance inhabituelle, qui leur permet de sortir de l’arrière-plan pour devenir un acteur majeur sur la scène solaire. Parler et avoir ses propres opinions bien arrêtées. Transformer et façonner les mondes qui les entourent.
Nous apprenons que lorsqu’il s’agit de la surface et de l’atmosphère du soleil, les champs magnétiques sont généralement faibles. Mais lorsqu’ils expriment ce qu’ils pensent, nous ne pouvons pas les ignorer.
Le super pouvoir est le suivant : les champs magnétiques, bien que généralement modestes en eux-mêmes, peuvent, dans de bonnes conditions, se tordre et se regrouper, se transformant de fils faibles en câbles puissants. Ces ficelles nouées et enroulées serpentent à l’intérieur et à l’extérieur de la surface solaire, s’enfonçant profondément dans le cœur plasmatique du soleil et loin dans la couronne. Une fois en place, ils deviennent bien plus fort que la moyennene répondant plus aux mouvements du plasma qui les entoure, mais directement à leurs propres flux.
Nous le voyons plus clairement lors des éruptions de proéminences solaires. Lorsque nous observons les grands arcs de plasma s’étendant vers le soleil, nous assistons au flux de plasma surchauffé chargé électriquement, forcé de suivre les faisceaux de lignes de champ magnétique.
La masse enchevêtrée de lignes de champ magnétique tordues peut cependant atteindre un point de rupture critique. Si les champs deviennent trop serrés, trop restreints, le plasma s’accumule à chaque extrémité. Cela rapproche encore plus les champs magnétiques et, éventuellement, si la pression devient trop forte, ils se brisent. Cette cassure du champ magnétique libère une énorme quantité d’énergie refoulée. D’abord sous la forme de rayons X : les éruptions solaires. Et si les faisceaux magnétiques pénètrent suffisamment profondément dans la majeure partie du Soleil, cela peut conduire au lancement de matière le long des lignes brisées du magnétisme sous la forme d’une éjection de masse coronale, comme celle que Parker a survolée l’automne dernier, décrite dans un nouveau papier.
Grâce au Parker et au Solar Orbiter, les scientifiques ont pu observer ces processus se dérouler en temps réel. La collecte de champs magnétiques, le regroupement en cordes épaisses, la canalisation du plasma, le stockage de l’énergie et la libération ultime de la fureur magnétique du soleil. Les scientifiques ont désormais pu observer de près les plis dans les lignes du champ magnétique montent et descendent, entrant et sortant, transportant l’énergie de la surface du soleil vers la couronne, la réchauffant. À mesure que l’intérieur de la couronne se réchauffe, les couches externes dynamiser et détacher complètementdevenant le vent solaire.
Les prévisions météorologiques spatiales sont essentielles à la protection de nos infrastructures satellitaires et de nos réseaux électriques.
Il ne s’agit pas simplement d’explorations abstraites d’une cible astronomique lointaine. Il s’agit de notre soleil, la source de toute lumière et de toute chaleur ici sur Terre, ainsi qu’une source de danger potentiel. Lorsque des éruptions solaires éclatent, les rayons X qui en résultent bombardent notre planète. Lorsque les éjections de masse coronale se propagent vers l’extérieur, elles peuvent voler dans notre direction.
Comprendre la dynamique du soleil, en particulier le rôle essentiel que jouent les champs magnétiques enchevêtrés, peut nous aider à établir de meilleures prévisions météorologiques spatiales. Ces prévisions sont essentielles à la protection de nos infrastructures satellitaires, et même de nos réseaux électriques et de nos communications radio terrestres, dont les faiblesses étaient évidentes lors de la tempête solaire particulièrement violente de 1989. À l’heure actuelle, les prévisions de tempêtes solaires reposent sur des observations constantes de l’activité du soleil, attendre qu’une rafale se produise et envoyer une alerte. Mais souvent, nous ne savons qu’une tempête approche qu’après qu’elle a déjà été lancée depuis le soleil, ce qui ne nous laisse que quelques minutes d’avance. Comprendre le rôle des champs magnétiques peut nous aider à repérer les précurseurs d’une tempête au fur et à mesure de sa formation, ce qui conduit à des délais d’avertissement plus longs et à une meilleure idée de la gravité anticipée d’une tempête particulière.
Mais même avec cette nouvelle image des forces magnétiques capricieuses et puissantes du Soleil – et de notre vulnérabilité croissante à leurs caprices – il reste encore beaucoup de travail à faire.
La sonde solaire Parker et le Solar Orbiter poursuivront leurs dangereuses missions au cours des prochaines années, observant attentivement à chaque nouvelle éruption, à chaque nouvelle tempête, les lignes délicates des champs magnétiques qui conspirent. Alors que le Solar Orbiter continue de faire le tour du soleil à une distance relativement fraîche de 26 millions de kilomètres, le Parker continuera de se précipiter autour de Vénus pour se rapprocher de plus en plus du soleil, sa prochaine plongée dans la couronne étant prévue pour la semaine prochaine, en septembre. 27. Au moment où il effectuera son dernier passage, prévu en décembre 2025, il devrait parcourir moins de 4 millions de milles de la surface du soleil avant de tomber à court de carburant. À partir de tous ces survols, les données s’accumuleront pour que les scientifiques puissent les trier et les comprendre au fil des années – et probablement des décennies – à venir.
L’année prochaine, l’ESA espère lancer Proba-3, une mission expérimentale visant à tester un nouveau type de formation multisatellite qui pourrait fournir encore plus de détails sur les couches externes tumultueuses du Soleil. En combinaison avec des observatoires au sol dédiés, les astronomes espèrent surveiller en permanence le soleil de toutes les manières possibles, afin d’élucider davantage la relation complexe et en constante évolution entre les champs magnétiques et le plasma solaire qui les donne naissance et peut ensuite être contrôlé par eux.
Loin des forces mécaniques envisagées par les premiers astronomes, les forces motrices des puissants phénomènes solaires sont généralement si silencieuses qu’elles ont échappé à tout soupçon pendant des siècles. Et j’espère qu’avec des missions encore plus audacieuses à l’avenir, l’humanité continuera à percer davantage de mystères sur le pouvoir invisible du magnétisme dans notre univers. 
Image principale : Naeblys / Shutterstock
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