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La couronne solaire (Crédit : Observatoire Midi-Pyrénées - Observatoire du Pic du Midi ).
Contrairement aux ondes sonores où l'on observe des variations de pression et de densité dans les milieux matériels dans lesquels elles se propagent, les ondes d'Alfvén dans un plasma de particules chargées plongées dans un champ magnétique reposent sur des déformations des lignes de champ magnétique. On parle d'ailleurs à leur sujet d'ondes de torsions.
C'est en couplant les équations de Maxwelléquations de Maxwell de l'électromagnétismeélectromagnétisme avec les équations de Navier-Stokes de l'hydrodynamique que Alfvén a découvert la possibilité de la formation de telles ondes dans les plasmas. Cette prédiction a été confirmée en laboratoire dès 1949 par Lundquist, à partir d'études portant sur du mercuremercure plongé dans un champ magnétique.
Les années 50 voient d'ailleurs se multiplier les travaux dans les domaines de la magnétohydrodynamique (MHD) et de la physiquephysique des plasmas et les travaux de Fermi et Chandrasekhar à ce moment là sont célèbres. Ces derniers cherchaient alors à comprendre les effets des champs magnétiques sur la propagation et l'origine des rayons cosmiquesrayons cosmiques ainsi que sur la physique des étoilesétoiles.
Actuellement, on sait que les ondes d'Alfvén sont des mécanismes importants assurant le transport de l'énergieénergie et de la quantité de mouvementquantité de mouvement dans différents systèmes astrophysiquesastrophysiques et géophysiques. On les a par exemple observées aussi bien dans la magnétosphèremagnétosphère terrestre que dans le plasma interplanétaire et certains pensent même qu'elles pourraient jouer un rôle important dans la dynamique complexe du noyau liquideliquide ferreux de la Terre à l'origine de son champ magnétique. Les études sur les ondes d'Alfvén sont donc toujours intensément poursuivies et les résultats aujourd'hui publiés dans Science le prouvent.
Les observations
A l'aide du Coronal Multi-channel Polarimeter instrument, les chercheurs ont traqué les mouvements du plasma dans la couronne solaire. En haut à gauche l'intensité de la lumière émise par la couronne, en haut à droite la largeur des raies spectrales, en bas à gauche les vitesses mesurées et enfin en bas à droite les oscillations de la vitesse des plasmas d'une période de 5 minutes environ (Crédit : Steve Tomczyk et Scott McIntosh, NCAR)
La mise en évidence de ces ondes dans la couronne solairecouronne solaire est importante car elles font très probablement partie du mécanisme complexe contrôlant l'énergie et le flot de particules libérées à la surface du SoleilSoleil. Le comprendre c'est améliorer notre connaissance des liaisons entre l'activité du Soleil et ce qui se passe sur Terre et ailleurs dans le système solairesystème solaire. En particulier, cela nous permettrait de progresser dans le domaine de la météorologiemétéorologie spatiale qui est central pour protéger notre civilisation technologique des changements d'humeur du Soleil. Le cas des électrons tueurs, capables de détériorer nos satellites de communications, est un exemple frappant des retombées possibles d'un perfectionnement de notre capacité de prévision de l'activité du Soleil.
Pour observer ces ondes, Tomczyk et ses collègues ont développé un instrument baptisé le Coronal Multichannel Polarimeter ou CoMP. Ils l'ont monté sur un télescopetélescope du National Solar Observatory du Sacramento Peak dans l'état du Nouveau Mexique. Comme il s'agit de la déformation des lignes de champ magnétique, l'observation n'est pas facile car l'intensité des effets associés est peu importante, notamment les variations d'intensité lumineuse dans la couronne qui se superposent à la lumièrelumière émise directement à la surface du Soleil.
A leur surprise, les physiciensphysiciens solaires ont découvert que les ondes d'Alfvén existaient partout et en permanence à l'intérieur de la couronne. Les vitessesvitesses de propagation de ces ondes étaient souvent de plusieurs milliers de kilomètres par seconde !
