Les boucles coronales, les structures élégantes et lumineuses qui traversent la surface solaire et dans l'atmosphère solaire, sont essentielles pour comprendre pourquoi la couronne est si chaude. Oui, c'est le Soleil, et oui, il fait chaud, mais son atmosphère est aussi chaud. Le casse-tête de la raison pour laquelle la couronne solaire est plus chaude que la photosphère du Soleil a occupé les physiciens solaires depuis le milieu du XXe siècle, mais avec l'aide d'observatoires modernes et de modèles théoriques avancés, nous avons maintenant une assez bonne idée de ce qui est à l'origine de cela. Le problème est-il donc résolu? Pas assez…
Alors pourquoi les physiciens solaires s'intéressent-ils de toute façon à la couronne solaire? Pour répondre à cela, je vais extraire un extrait de mon tout premier article de Space Magazine:
…les mesures des particules coronales nous indiquent que l'atmosphère du Soleil est en fait plus chaude que la surface du Soleil. La pensée traditionnelle suggère que c'est faux; toutes sortes de lois physiques seraient violées. L'air autour d'une ampoule n'est pas plus chaud que l'ampoule elle-même, la chaleur d'un objet diminuera à mesure que vous mesurerez la température (ce qui est vraiment évident). Si vous avez froid, vous ne vous éloignez pas du feu, vous vous en approchez! - extrait de "Hinode découvre l'éclat caché de Sun", Space Magazine, 21 décembre 2007
Ce n’est pas seulement une curiosité académique. La météo spatiale provient de la couronne solaire inférieure; comprendre les mécanismes derrière le chauffage coronal a de vastes implications pour la prévision des éruptions solaires énergétiques (et dommageables) et la prévision des conditions interplanétaires.
Ainsi, le problème du chauffage coronal est un problème intéressant et les physiciens solaires sont à la recherche de la raison pour laquelle la couronne est si chaude. Les boucles coronales magnétiques sont au cœur de ce phénomène; ils sont à la base de l'atmosphère solaire et subissent un échauffement rapide avec un gradient de température de dizaines de milliers de Kelvin (dans la chromosphère) à des dizaines de millions de Kelvin (dans la couronne) sur une très courte distance. Le gradient de température agit à travers une région de transition mince (TR), qui varie en épaisseur, mais ne peut avoir que quelques centaines de kilomètres d'épaisseur par endroits.
Ces boucles lumineuses de plasma solaire chaud peuvent être faciles à voir, mais il existe de nombreuses différences entre l'observation de la couronne et la théorie coronale. Le ou les mécanismes responsables du chauffage des boucles se sont révélés difficiles à cerner, en particulier lorsque l'on essaie de comprendre la dynamique des boucles coronales à «température intermédiaire» (aussi «chaudes») avec du plasma chauffé à environ un million de Kelvin. Nous nous rapprochons de la résolution de ce puzzle qui facilitera les prévisions météorologiques spatiales du Soleil à la Terre, mais nous devons déterminer pourquoi la théorie n'est pas la même que celle que nous voyons.
Les physiciens solaires sont divisés sur ce sujet depuis un certain temps. Le plasma de la boucle coronale est-il chauffé par des événements de reconnexion magnétique intermittents sur toute la longueur d'une boucle coronale? Ou sont-ils chauffés par un autre chauffage constant très bas dans la couronne? Ou est-ce un peu des deux?
En fait, j'ai passé quatre ans à lutter contre ce problème tout en travaillant avec le groupe solaire de l'Université du Pays de Galles, Aberystwyth, mais j'étais du côté du «chauffage constant». Il y a plusieurs possibilités en considérant les mécanismes derrière le chauffage coronal régulier, mon domaine d'étude particulier était la production d'ondes d'Alfvén et les interactions onde-particule (autopromotion sans vergogne… ma thèse de 2006: Boucles coronales au repos chauffées par la turbulence, juste au cas où vous auriez un week-end de rechange ennuyeux devant vous).
James Klimchuk du laboratoire de physique solaire du Goddard Space Flight Center à Greenbelt, dans le Maryland, a une opinion différente et privilégie le mécanisme de chauffage impulsif nanoflare, mais il est très conscient que d'autres facteurs peuvent entrer en jeu:
“Il est devenu clair ces dernières années que le chauffage coronal est un processus très dynamique, mais les incohérences entre les observations et les modèles théoriques ont été une source majeure de brûlures d'estomac. Nous avons maintenant découvert deux solutions possibles à ce dilemme: l'énergie est libérée impulsivement avec le bon mélange d'accélération des particules et de chauffage direct, ou l'énergie est libérée progressivement très près de la surface solaire.»- James Klimchuk
Les nanoflares devraient maintenir les boucles coronales chaudes à leur 1 million de Kelvin assez stable. Nous savons que les boucles correspondent à cette température car elles émettent un rayonnement dans les longueurs d'onde ultraviolettes extrêmes (EUV), et une multitude d'observatoires ont été construits ou envoyés dans l'espace avec des instruments sensibles à cette longueur d'onde. Instruments spatiaux tels que le télescope d'imagerie EUV (EIT; à bord du NASA / ESA Observatoire solaire et héliosphérique), La NASA Région de transition et explorateur coronal (TRACE), et le japonais récemment opérationnel Hinode mission ont tous eu leur succès, mais de nombreuses percées de boucle coronale ont eu lieu après le lancement de TRACE en 1998. Les nanoflares sont très difficiles à observer directement car elles se produisent à des échelles spatiales si petites qu'elles ne peuvent pas être résolues par l'instrumentation actuelle. Cependant, nous sommes proches et il existe une traînée de preuves coronales pointant vers ces événements énergétiques.
“Les nanoflares peuvent libérer leur énergie de différentes manières, y compris l'accélération des particules, et nous comprenons maintenant que le bon mélange d'accélération des particules et de chauffage direct est une façon d'expliquer les observations.»- Klimchuk.
Lentement mais sûrement, les modèles théoriques et l'observation se rapprochent, et il semble qu'après 60 ans d'essais, les physiciens solaires sont près de comprendre les mécanismes de chauffage derrière la couronne. En regardant comment les nanoflares et d'autres mécanismes de chauffage peuvent s'influencer mutuellement, il est très probable que plus d'un mécanisme de chauffage coronal soit en jeu…
De côté: Par intérêt, les nanoflares se produiront à n'importe quelle altitude le long de la boucle coronale. Bien qu'ils puissent être appelés nanoflares, selon les normes de la Terre, ce sont d'énormes explosions. Les nanoflares libèrent une énergie de 1024-1026 erg (soit 1017-1019 Joules). C'est l'équivalent d'environ 1 600 à 160 000 bombes atomiques de la taille d'Hiroshima (avec une énergie explosive de 15 kilotonnes), donc il n'y a rien nano à propos de ces explosions coronales! Mais sur la comparaison avec les éruptions de rayons X standard, le Soleil génère de temps en temps avec une énergie totale de 6 × 1025 Joules (plus de 100 milliards de bombes atomiques), vous pouvez voir comment nanoles fusées éclairantes portent leur nom…
Source d'origine: NASA
