Pourquoi les taches solaires durent-elles des semaines au lieu de s'envoler ?
Comme d'énormes aimants, les champs magnétiques puissants des taches solaires se repoussent naturellement. Qu'est-ce qui les tient ensemble ?
Une théorie : Les astrophysiciens essayant de comprendre les taches solaires ont développé des théories qui nécessitent des flux de matière vers l'intérieur pour stabiliser la structure, malgré le fait qu'à la surface la matière s'écoule clairement des taches.
Les scientifiques utilisant les données SOHO/MDI ont regardé juste en dessous de la surface du Soleil et ont clairement observé pour la première fois de la matière s'écoulant vers l'intérieur.
Les champs magnétiques puissants dans les taches solaires favorisent le refroidissement. Le matériau froid se contracte et coule à des vitesses allant jusqu'à 3 000 milles à l'heure. Cela entraîne un flux vers l'intérieur, comme un tourbillon de la taille d'une planète, qui maintient la tache solaire ensemble tant que le champ est suffisamment fort. Ils l'ont découvert en utilisant une technique appelée tomographie acoustique - une nouvelle méthode similaire au diagnostic par ultrasons en médecine qui utilise des ondes sonores pour visualiser les structures à l'intérieur du corps humain. Les taches solaires sont étonnamment peu profondes. Les conditions dans les taches solaires passent de plus froides que le plasma environnant à plus chaudes que le plasma environnant à seulement 3 000 milles sous la surface. La partie froide d'une tache solaire a la forme d'un empilement de deux ou trois nickels.
Les champs magnétiques des taches solaires bloquent les flux qui transportent l'énergie thermique depuis l'intérieur solaire chaud. Cela se traduit par des températures plus élevées en dessous du blocage et des températures plus froides au-dessus. Les flux descendants mentionnés ci-dessus se dissipent à la même profondeur. Avec ces données, on ne peut pas obtenir une image suffisamment nette pour vraiment expliquer les détails.
Jusqu'à présent, nous avons regardé le sommet des taches solaires comme nous pourrions regarder les feuilles de la cime des arbres. Pour la première fois, nous pouvons observer les branches et le tronc de l'arbre qui lui donnent sa structure. Les racines de l'arbre sont encore un mystère.
Pourquoi s'en soucie-t-on ?
Comprendre les taches solaires est essentiel pour comprendre le cycle solaire de 11 ans, les explosions des éruptions solaires et les énormes éjections de masse coronale qui affectent la vie et la société sur Terre.
En analysant les ondes sonores voyageant à l'intérieur du Soleil, une équipe de scientifiques américains a produit la première image détaillée de ce qui se passe à l'intérieur d'une tache solaire.
Les scientifiques ont spéculé sur ce qui se cache sous les taches solaires depuis le début des années 1600, lorsque les astronomes ont signalé pour la première fois avoir vu de mystérieuses taches de la taille de la Terre sur la face de notre étoile.
Les sscientifiques de Stanford ont découvert que les taches solaires ne sont pas statiques mais consistent en de très forts flux descendants de plasma - un gaz électriquement chargé - se déplaçant vers l'intérieur du Soleil à des vitesses d'environ 4 800 kilomètres par heure (3 000 miles par heure).
Pour cartographier l'intérieur d'une tache solaire, l'équipe de Stanford a utilisé des données obtenues à partir du satellite de l'Observatoire solaire et héliosphérique (Soho) positionné à environ 1,6 million de km (un million de miles) de la Terre.
Ils ont utilisé le Michelson Doppler Imager (MDI) de Soho, un appareil qui cartographie l'intérieur solaire en mesurant la vitesse des ondes sonores traversant le Soleil.
Cette technique, connue sous le nom d'héliosismologie, fonctionne sur le même principe que l'échographie médicale, le procédé qui permet aux médecins de "voir" un fœtus à l'intérieur d'une femme enceinte.
"Avant Soho et l'héliosismologie à haute résolution, nous ne pouvions étudier les taches solaires qu'en observant la surface solaire et au-dessus - mais la véritable action se situe à l'intérieur du Soleil", a déclaré le professeur Philip Scherrer, chercheur principal de l'équipe Soho/MDI à Stanford.
"Avec l'instrument MDI à bord de Soho, nous sommes enfin en mesure d'utiliser les observations d'ondes sonores qui voyagent à l'intérieur du soleil pour cartographier la structure de la température et de l'écoulement sous les taches", a-t-il ajouté.
Étude des taches solaires
L'équipe de Stanford a analysé une seule grande tache solaire visible le 18 juin 1998. En mesurant la vitesse des ondes sonores solaires générées ce jour-là, les chercheurs ont pu produire des cartes tridimensionnelles d'une région s'étendant sur environ 16 000 km (10 000 miles) sous la tache solaire.
La grande tache solaire visible le 18 juin 1998
L'analyse de la tache solaire géante a révélé que les ondes sonores se déplacent environ 10% plus lentement à la surface où les températures sont plus basses, et maintiennent ce rythme relativement lent lorsqu'elles commencent à se déplacer vers l'intérieur du Soleil.
Cependant, lorsque les ondes sonores atteignent un point situé à environ 4 800 km (3 000 milles) sous la surface, leur vitesse augmente considérablement, ce qui indique que les racines d'une tache solaire sont plus chaudes que leur environnement.
"Cela signifie que les taches solaires ne sont froides qu'à des profondeurs d'environ 4 800 km (3 000 miles) - une couche relativement peu profonde étant donné qu'elle se trouve à environ 692 000 km (430 000 miles) de la surface au centre du soleil", a déclaré Kosovichev.
Le plasma sortant, que les scientifiques observent depuis longtemps à la surface des taches solaires, s'avère n'être que cela - un événement de surface. "Si vous pouvez regarder un peu plus en profondeur", a déclaré Junwei Zhao de Stanford, "vous trouvez de la matière se précipitant vers l'intérieur, comme un vortex de la taille d'une planète."
Cet afflux est suffisamment puissant pour réduire la quantité de chaleur qui s'écoule normalement de l'intérieur du Soleil. Cela explique pourquoi les taches solaires sont plus froides, et donc plus sombres, que la surface environnante.
"La tache solaire froide continue de refroidir la matière qui l'entoure, qui coule par conséquent", a déclaré Douglas Gough, professeur d'astrophysique théorique à l'Université de Cambridge en Angleterre.
"L'une des caractéristiques frappantes de ces observations est à quel point une tache solaire est peu profonde", a noté Gough. "Il y a eu des débats purement théoriques dans le passé sur la profondeur des taches solaires, mais ces observations nous ont donné la réponse."
Gough a déclaré que l'étude de Stanford pourrait éventuellement fournir des indices pour percer le secret du cycle de 11 ans du Soleil et des phénomènes similaires dans d'autres systèmes solaires.
"En comprenant l'activité magnétique d'autres étoiles, nous pourrions à notre tour en apprendre davantage sur le fonctionnement du Soleil", a-t-il conclu.
