L'une des grandes questions de la physique solaire est de savoir pourquoi l'activité du soleil suit un cycle régulier de 11 ans. Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un institut de recherche allemand indépendant, présentent maintenant de nouvelles découvertes, indiquant que les forces de marée de Vénus, La Terre et Jupiter influencent le champ magnétique solaire, régissant ainsi le cycle solaire. L'équipe de chercheurs présente ses découvertes dans la revue Physique solaire .

En principe, il n'est pas rare que l'activité magnétique d'une étoile comme le soleil subisse des oscillations cycliques. Et pourtant, les modèles passés n'ont pas été en mesure d'expliquer adéquatement le cycle très régulier du soleil. L'équipe de recherche HZDR a maintenant réussi à démontrer que les forces de marée planétaires sur le soleil agissent comme une horloge extérieure, et sont le facteur décisif de son rythme soutenu. Pour parvenir à ce résultat, les scientifiques ont systématiquement comparé les observations historiques de l'activité solaire des mille dernières années avec les constellations planétaires, prouvant statistiquement que les deux phénomènes sont liés. "Il y a un niveau de concordance étonnamment élevé :ce que nous voyons est un parallélisme complet avec les planètes au cours de 90 cycles, " a déclaré Frank Stefani, auteur principal de l'étude. "Tout indique un processus chronométré."

Comme pour l'attraction gravitationnelle de la Lune provoquant des marées sur Terre, les planètes sont capables de déplacer le plasma chaud à la surface du soleil. Les forces de marée sont les plus fortes lorsque l'alignement Vénus-Terre-Jupiter est maximal ; une constellation qui se produit tous les 11,07 ans. Mais l'effet est trop faible pour perturber significativement le flux dans l'intérieur solaire, c'est pourquoi la coïncidence temporelle a été longtemps négligée. Cependant, les chercheurs du HZDR ont alors trouvé des preuves d'un mécanisme indirect potentiel qui pourrait influencer le champ magnétique solaire via les forces de marée :des oscillations dans l'instabilité de Tayler, un effet physique qui, d'un certain courant, peut modifier le comportement d'un liquide conducteur ou d'un plasma. En s'appuyant sur ce concept, les scientifiques ont développé leur premier modèle en 2016; ils ont depuis avancé ce modèle dans leur nouvelle étude pour présenter un scénario plus réaliste.

Petit déclencheur avec un impact majeur :les marées utilisent l'instabilité

Dans le plasma chaud du soleil, l'instabilité de Tayler perturbe le flux et le champ magnétique, réagissant lui-même de manière très sensible à de minuscules forces. Une petite poussée d'énergie suffit pour que les perturbations oscillent entre l'hélicité droite et gauche (la projection du spin sur la direction de la quantité de mouvement). L'impulsion requise pour cela peut être induite par les forces de marée planétaires tous les onze ans, définissant également le rythme auquel le champ magnétique inverse la polarité du soleil.

"Quand j'ai lu pour la première fois des idées liant la dynamo solaire aux planètes, J'étais très sceptique, " a rappelé Stefani. " Mais lorsque nous avons découvert l'instabilité de Tayler entraînée par le courant subissant des oscillations d'hélicité dans nos simulations informatiques, Je me suis demandé :que se passerait-il si le plasma était touché par un petit perturbation de type marée ? Le résultat était phénoménal. L'oscillation était vraiment excitée et s'est synchronisée avec le moment de la perturbation externe."

Dynamo solaire avec une touche supplémentaire

Dans le scénario standard d'une dynamo, la rotation du soleil et le mouvement complexe du plasma solaire créent un champ magnétique changeant cycliquement. Deux effets interagissent ici :le plasma tourne plus vite à l'équateur solaire qu'aux pôles. Cela conduit à l'effet oméga :les lignes de champ magnétique figées dans le plasma s'étendent autour du soleil et convertissent le champ magnétique en un champ aligné presque parallèlement à l'équateur solaire. L'effet alpha décrit un mécanisme qui tord les lignes de champ magnétique, forcer le champ magnétique de nouveau dans une direction nord-sud.

Qu'est-ce qui cause exactement l'effet alpha, cependant, est un sujet de litige. Le modèle de Stefani indique que l'instabilité de Tayler en est en partie responsable. Les chercheurs considèrent que le scénario le plus plausible est celui dans lequel une dynamo solaire classique est combinée aux modulations excitées par les planètes. "Alors le soleil serait un tout à fait ordinaire, étoile plus âgée dont le cycle dynamo, cependant, est synchronisée par les marées, " résume Stefani. " Ce qui est bien avec notre nouveau modèle, c'est que nous sommes maintenant capables d'expliquer facilement des effets qui étaient auparavant difficiles à modéliser, telles que les "fausses" hélicités, comme observé avec les taches solaires, ou le double pic bien connu de la courbe d'activité du soleil."

En plus d'influencer le cycle de 11 ans, les forces de marée planétaires peuvent également avoir d'autres effets sur le soleil. Par exemple, il est également envisageable qu'ils modifient la stratification du plasma dans la zone de transition entre la zone radiative intérieure et la zone de convection extérieure du soleil (la tachocline) de telle sorte que le flux magnétique puisse être conduit plus facilement. Dans ces conditions, l'ampleur des cycles d'activité pourrait également être modifiée, comme c'était autrefois le cas avec le minimum de Maunder, lorsqu'il y avait une forte baisse de l'activité solaire pendant une phase plus longue.

À long terme, un modèle plus précis de la dynamo solaire aiderait les scientifiques à quantifier plus efficacement les processus liés au climat tels que la météo spatiale, et peut-être même d'améliorer un jour les prévisions climatiques. Les nouveaux calculs du modèle signifient également que, outre les forces de marée, potentiellement autre, des mécanismes jusqu'alors négligés devraient être intégrés dans la théorie de la dynamo solaire, mécanismes à forces faibles qui peuvent néanmoins, comme le savent désormais les chercheurs, avoir un impact majeur. Pour pouvoir étudier cette question fondamentale en laboratoire, trop, les chercheurs mettent actuellement en place une nouvelle expérience sur les métaux liquides au HZDR.