Une découverte majeure sur le vent solaire a été réalisée grâce à la coopération des sondes spatiales Solar Orbiter de l'ESA et Parker Solar Probe de la Nasa. Ces missions ont mis en évidence d'où provient l'énergie nécessaire pour accélérer et réchauffer ce flux de particules s'échappant de l’atmosphère solaire. Cette avancée scientifique permet de mieux comprendre non seulement notre Étoile, mais également des phénomènes similaires dans d'autres systèmes stellaires.
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Après avoir permis de découvrir la source du vent solaire, la sonde européenne Solar Orbiter révèle désormais d'où provient l'énergie qui réchauffe et accélère ce flux dans une étude qui vient de paraître. Cette importante découverte a été réalisée en collaboration avec des observations de la sonde Parker de la Nasa, qui ont mis en lumière que l'énergie nécessaire pour alimenter le vent solaire provient de grandes fluctuations du champ magnétique du SoleilSoleil.
Comportement du vent solaire
Le vent solaire est un flux constant de particules chargées qui s'échappent de l'atmosphèreatmosphère solaire, également appelée couronne, pour s'écouler au-delà de la Terre. On compte deux types de vent solaire. Le « rapide », composé de particules se déplaçant à plus de 500 km/s (1,8 million de km/h), qui jaillit des trous coronaux, des régions où les lignes de champ magnétique ne sont reliées au Soleil que par une extrémité. Et le vent solaire lent qui, lui, ne dépasse pas les 500 km/s et que l'on suppose être en lien avec les régions actives du Soleil où naissent les taches solairestaches solaires.
Étonnamment, le vent rapide émerge de la couronne solairecouronne solaire à des vitessesvitesses plus faibles, ce qui indique qu'il subit une accélération en s'éloignant du Soleil. Malgré sa température élevée, à près d'un million de degrés, le vent solaire se refroidit naturellement en se dilatant et en devenant moins dense. Cependant, il se refroidit plus lentement que prévu par ce seul effet, ce qui souligne l'existence de processus énergétiques encore peu compris.
Les ondes d'Alfvén et l'énergie magnétique
Les données recueillies par Solar Orbiter et la sonde Parker ont fourni des preuves concluantes que l'accélération et le réchauffement du vent solaire rapide semblent être alimentés par des oscillations du champ magnétique, connues sous le nom d'ondes d’Alfvén. Avant cette recherche, ces « ondes avaient été suggérées comme sources d’énergie potentielles, mais sans preuves définitives », déclare Yeimy Rivera du Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian (Massachusetts) et co-auteur principal de l'étude qui ajoute que « nous n'avions pas de preuve définitive avant ces travaux ».
Ces ondes, qui ne se manifestent que dans des plasmas hautement électrisés, sont capables de stocker et de transporter efficacement de l'énergie dans le champ magnétique.
L’alignement unique des deux sondes qui ont échantillonné le même flux de vent solaire à différentes étapes de son parcours depuis le Soleil. © ESA
Un alignement unique des sondes pour des mesures précises
Bien que les deux sondes opèrent à des distances différentes du Soleil et sur des orbitesorbites distinctes, elles se sont alignées en février 2022 pour mesurer le même flux de vent solaire. Parker Solar ProbeParker Solar Probe, opérant à environ 9 millions de kilomètres du Soleil, a été la première à traverser ce flux, suivie un jour ou deux plus tard par Solar Orbiter à une distance de 89 millions de kilomètres. Cet alignement rare a permis aux chercheurs de mesurer des propriétés du plasma et des fluctuations du champ magnétique, quantifiant ainsi l'énergie stockée dans le champ magnétique et son influence sur le vent solaire.
L'analyse des données a révélé que l'énergie magnétique jouait un rôle essentiel dans l'accélération et le comportement du plasma. Les « switchbacks », qui sont des inversions abruptes dans les lignes de champ magnétique, ont également été identifiés comme ayant un impact significatif sur cette accélération.
Les résultats montrent qu'à proximité du Soleil, lorsque Parker a mesuré le flux, environ 10 % de l'énergie totale se trouvait dans le champ magnétique. En revanche, à Solar Orbiter, ce chiffre était tombé à seulement 1 %, bien que le plasma se soit néanmoins accéléré et refroidi plus lentement que prévu. Cela suggère que l'énergie magnétique perdue contribuait à l'accélération et à un refroidissement moins rapide du plasma en fournissant un chauffage supplémentaire.
Cette image du Soleil a été prise le 24 février 2022 par l'imageur AIA de la sonde SDO de la Nasa à une longueur d'onde de 21,1 nanomètres. Le vent solaire rapide, qui s'échappe de ces trous coronaux mis en évidence à cette longueur d'onde, a été mesuré par les sondes de la Nasa Parker Probe et de l'ESA Solar Orbiter. © Nasa
Les implications de ces résultats pour l'astrophysique
Cette étude offre de nouvelles perspectives sur les processus astrophysiquesastrophysiques et magnétosphériques liés au Soleil et renforce l'idée que différents phénomènes solaires interagissent pour créer un environnement complexe. Comme l'explique Samuel Badman, du Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian et co-auteur de l'étude, « notre Soleil est la seule étoileétoile de l'UniversUnivers dont nous pouvons mesurer directement le vent. Ce que nous avons appris sur notre Soleil pourrait s'appliquer à d'autres étoiles de type solaire, et peut-être à d'autres types d'étoiles qui ont des vents ».
Le travail des équipes des missions Solar Orbiter et Parker Solar Probe met en lumière l'importance de la collaboration internationale en astrophysique, offrant un cadre précieux pour l'exploration future de notre étoile et de ses effets dans le Système solaireSystème solaire.
