La libération d’énergie magnétique près de la surface du soleil permet au vent solaire d’atteindre des vitesses défiant la gravité

Dans un article publié le 7 juin 2023 dans la revue Nature, une équipe de chercheurs a utilisé les données de la sonde solaire Parker de la NASA pour expliquer comment le vent solaire est capable de dépasser des vitesses de 1 million de miles par heure. Ils ont découvert que l’énergie libérée par le champ magnétique près de la surface du soleil est suffisamment puissante pour entraîner le vent solaire rapide, composé de particules ionisées – appelées plasma – qui s’écoulent du soleil vers l’extérieur.

James Drake, professeur émérite au Département de physique et à l’Institut des sciences physiques et de la technologie (IPST) de l’Université du Maryland, a codirigé cette recherche aux côtés du premier auteur Stuart Bale de l’UC Berkeley. Drake a déclaré que les scientifiques essayaient de comprendre les moteurs du vent solaire depuis les années 1950 – et avec le monde plus interconnecté que jamais, les implications pour la Terre sont importantes.

Le vent solaire forme une bulle magnétique géante, connue sous le nom d’héliosphère, qui protège les planètes de notre système solaire d’un barrage de rayons cosmiques à haute énergie qui fouettent la galaxie. Cependant, le vent solaire transporte également du plasma et une partie du champ magnétique du soleil, qui peuvent s’écraser sur la magnétosphère terrestre et provoquer des perturbations, notamment des orages géomagnétiques.

Ces tempêtes se produisent lorsque le soleil subit une activité plus turbulente, notamment des éruptions solaires et d’énormes expulsions de plasma dans l’espace, appelées éjections de masse coronale. Les orages géomagnétiques sont responsables de spectaculaires spectacles de lumières aurores boréales qui peuvent être vus près des pôles de la Terre, mais à leur plus puissant, ils peuvent assommer le réseau électrique d’une ville et potentiellement même perturber les communications mondiales. De tels événements, bien que rares, peuvent également être mortels pour les astronautes dans l’espace.

“Les vents transportent beaucoup d’informations du soleil vers la Terre, donc comprendre le mécanisme derrière le vent du soleil est important pour des raisons pratiques sur Terre”, a déclaré Drake. “Cela va affecter notre capacité à comprendre comment le soleil libère de l’énergie et génère des orages géomagnétiques, qui constituent une menace pour nos réseaux de communication.”

Des études antérieures ont révélé que le champ magnétique du soleil entraînait en quelque sorte le vent solaire, mais les chercheurs ne connaissaient pas le mécanisme sous-jacent. Plus tôt cette année, Drake a co-écrit un article qui affirmait que le réchauffement et l’accélération du vent solaire sont entraînés par la reconnexion magnétique – un processus que Drake a consacré sa carrière scientifique à étudier.

Les auteurs ont expliqué que toute la surface du soleil est recouverte de petits “jetlets” de plasma chaud qui sont propulsés vers le haut par reconnexion magnétique, qui se produit lorsque des champs magnétiques pointant dans des directions opposées se croisent. À son tour, cela déclenche la libération de quantités massives d’énergie.

“Deux choses pointant dans des directions opposées finissent souvent par s’annihiler, et dans ce cas, cela libère de l’énergie magnétique”, a déclaré Drake. “Ces explosions qui se produisent sur le soleil sont toutes entraînées par ce mécanisme. C’est l’annihilation d’un champ magnétique.”

Pour mieux comprendre ces processus, les auteurs du nouveau Nature papier a utilisé les données de la sonde solaire Parker pour analyser le plasma sortant de la couronne – la couche la plus externe et la plus chaude du soleil. En avril 2021, Parker est devenu le premier vaisseau spatial à entrer dans la couronne solaire et s’est depuis rapproché du soleil. Les données citées dans cet article ont été prises à une distance de 13 rayons solaires, soit à environ 5,6 millions de miles du soleil.

“Lorsque vous vous approchez très près du soleil, vous commencez à voir des choses que vous ne pouvez tout simplement pas voir depuis la Terre”, a déclaré Drake. “Tous les satellites qui entourent la Terre sont à 210 rayons solaires du soleil, et maintenant nous en sommes à 13. Nous sommes à peu près aussi proches que possible.”

Grâce à ces nouvelles données, le Nature Les auteurs de l’article ont fourni la première caractérisation des sursauts d’énergie magnétique qui se produisent dans les trous coronaux, qui sont des ouvertures dans le champ magnétique du soleil ainsi que la source du vent solaire.

Les chercheurs ont démontré que la reconnexion magnétique entre les champs magnétiques ouverts et fermés – connue sous le nom de connexion d’échange – est un processus continu, plutôt qu’une série d’événements isolés comme on le pensait auparavant. Cela les a amenés à conclure que le taux de libération d’énergie magnétique, qui entraîne le jet de plasma chauffé vers l’extérieur, était suffisamment puissant pour vaincre la gravité et produire le vent rapide du soleil.

En comprenant ces petites libérations d’énergie qui se produisent constamment sur le soleil, les chercheurs espèrent comprendre – et peut-être même prédire – les éruptions plus importantes et plus dangereuses qui projettent du plasma dans l’espace. En plus des implications pour la Terre, les résultats de cette étude peuvent également être appliqués à d’autres domaines de l’astronomie.

“Les vents sont produits par des objets dans tout l’univers, donc comprendre ce qui pousse le vent du soleil a de vastes implications”, a déclaré Drake. “Les vents des étoiles, par exemple, jouent un rôle crucial dans la protection des systèmes planétaires contre les rayons cosmiques galactiques, qui peuvent avoir un impact sur l’habitabilité.”

Cela aiderait non seulement notre compréhension de l’univers, mais peut-être aussi la recherche de la vie sur d’autres planètes.