Dans une paire de nouveaux papiers, les scientifiques brossent un tableau de la mort subite des cycles solaires, provoquant potentiellement des tsunamis de plasma à travers l'intérieur du Soleil et déclencher la naissance du prochain cycle de taches solaires quelques semaines plus tard.

Les nouvelles découvertes donnent un aperçu du mystérieux calendrier des cycles des taches solaires, qui sont marqués par l'augmentation et la diminution de l'activité des taches solaires à la surface solaire. Alors que les scientifiques savent depuis longtemps que ces cycles durent environ 11 ans, prédire quand un cycle se termine et quand le suivant commence a été difficile à cerner avec précision. La nouvelle recherche pourrait changer cela.

Dans l'une des études, qui s'appuie sur près de 140 ans d'observations solaires depuis le sol et l'espace, les scientifiques sont capables d'identifier des événements "terminateurs" qui marquent clairement la fin d'un cycle de taches solaires. Avec une compréhension de ce qu'il faut rechercher dans la perspective de ces terminateurs, les auteurs prédisent que le cycle solaire actuel (cycle solaire 24) se terminera au premier semestre 2020, le coup d'envoi de la croissance du cycle solaire 25 très peu de temps après.

Dans une seconde étude, motivé par le premier, les scientifiques explorent le mécanisme par lequel un événement de terminaison pourrait déclencher le début d'un nouveau cycle de taches solaires à l'aide d'un modèle informatique sophistiqué. Les simulations qui en résultent montrent que les "tsunamis solaires" pourraient fournir la connexion et expliquer la transition remarquablement rapide du Soleil d'un cycle à l'autre.

Les deux études ont été menées par le National Center for Atmospheric Research (NCAR).

"Les preuves des terminateurs ont été cachées dans les archives d'observation pendant plus d'un siècle, mais jusqu'à maintenant, nous ne savions pas ce que nous cherchions, " a déclaré le scientifique du NCAR Scott McIntosh, qui dirige l'Observatoire de haute altitude du centre et a travaillé sur les deux études. "En combinant une si grande variété d'observations sur tant d'années, nous avons pu reconstituer ces événements et fournir un tout nouveau regard sur la façon dont l'intérieur du Soleil dirige le cycle solaire. »

La recherche a été financée par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR, le programme Vivre avec une étoile de la NASA, et le Centre commun de R&D en réseau indo-américain.

Des scintillements de lumière révèlent des mystères

Les cycles de taches solaires naissent après le minimum solaire, une période où la face du Soleil est calme. Alors que le cycle continue, de plus en plus de taches solaires apparaissent, apparaissant pour la première fois à environ 35 degrés de latitude dans les deux hémisphères et marchant lentement vers l'équateur sur une décennie avant de se fondre à nouveau dans le prochain minimum solaire. Le point médian approximatif de cette progression est le maximum solaire, lorsque les taches solaires sont les plus abondantes.

Prédire le moment de l'évolution des taches solaires est un objectif scientifique majeur, en partie parce que l'activité des taches solaires est liée aux tempêtes solaires qui peuvent perturber la haute atmosphère terrestre et affecter les signaux GPS, les réseaux électriques, et d'autres technologies critiques. Mais de telles prédictions se sont avérées difficiles.

Par exemple, le Soleil est actuellement dans un minimum solaire. Les scientifiques savent que la paix relative signifie que le cycle solaire actuel se termine, mais il a été difficile de dire si le nouveau cycle commencera dans quelques mois ou dans quelques années. McIntosh et ses collègues pensent que leurs études peuvent apporter plus de clarté, à la fois dans le calendrier des cycles et aussi dans ce qui motive les cycles eux-mêmes.

Les chercheurs ont commencé par étudier le mouvement des points lumineux coronaux, des scintillements éphémères de la lumière ultraviolette extrême dans l'atmosphère solaire. En observant des points lumineux, qui se produisent même dans le calme relatif d'un minimum solaire, les scientifiques pensent avoir acquis une vision plus complète du cycle solaire que s'ils se concentraient uniquement sur l'activité des taches solaires.

Les points lumineux apparaissent d'abord à des latitudes plus élevées que les taches solaires (environ 55 degrés) et migrent vers l'équateur à environ 3 degrés de latitude par an, atteindre l'équateur après quelques décennies. Les chemins tracés par les points lumineux se chevauchent avec l'activité des taches solaires aux latitudes moyennes (environ 35 degrés) jusqu'à ce qu'ils atteignent tous les deux l'équateur et disparaissent. Cette disparition, que les chercheurs appellent un événement terminateur, est suivi très peu de temps après d'une grande explosion d'activité de points lumineux aux latitudes moyennes, marquant le début du prochain cycle des taches solaires.

Dans la nouvelle étude qui identifie les événements de terminaison, publié dans la revue Physique solaire , les scientifiques corroborent les observations du point lumineux avec un certain nombre d'autres observations provenant d'une variété d'installations d'observation d'engins spatiaux et au sol remontant à plus de 13 cycles solaires.

« Nous avons pu identifier ces terminateurs en examinant les données de toute une gamme de mesures différentes de l'activité solaire :les champs magnétiques, irradiance spectrale, flux radio—en plus des points lumineux, " a déclaré Bob Leamon, scientifique de l'Université du Maryland, un co-auteur de l'article qui est également chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Les résultats démontrent que vous devez vraiment être capable de prendre du recul et d'utiliser toutes les données disponibles pour apprécier le fonctionnement des choses, pas seulement un vaisseau spatial ou une observation ou un modèle."

Connexions tsunami

McIntosh et son équipe ont identifié que les points lumineux coronaux leur permettent de mieux "voir" le déroulement du cycle solaire. Mais pourquoi le cycle des taches solaires commence-t-il à augmenter dans les latitudes moyennes quelques semaines après le terminateur ?

Le papier sur les tsunamis solaires, dirigé par le scientifique du NCAR Mausumi Dikpati et publié dans Rapports scientifiques , explore les mécanismes possibles derrière les observations. Cela suggère que les points lumineux coronaux sont des marqueurs du mouvement des "champs magnétiques toroïdaux, " qui s'enroulent autour du Soleil comme des élastiques s'étirant dans le sens est-ouest et migrent lentement vers l'équateur au cours des mêmes deux décennies.

Lorsque ces champs magnétiques toroïdaux remontent à la surface, ils créent des taches solaires avec les points lumineux qu'ils produisaient déjà. Pendant qu'ils voyagent, ils agissent également comme des barrages magnétiques, piégeant le plasma derrière eux. Lorsque les champs magnétiques toroïdaux des hémisphères nord et sud du Soleil se touchent au milieu, leurs charges opposées provoquent leur annihilation mutuelle, libérant le fluide accumulé derrière eux dans un tsunami. Ce fluide se précipite en avant, se heurte, puis ondule en arrière, voyageant vers les pôles à une vitesse d'environ 300 mètres par seconde.

Alors que le tsunami solaire atteint les latitudes moyennes du Soleil, il rencontre les champs magnétiques toroïdaux du cycle suivant, qui marchent déjà vers l'équateur (cette progression est marquée par le chemin des points lumineux coronaux) mais voyageant plus profondément à l'intérieur du Soleil. Le tsunami soutient ces champs magnétiques, les soulevant vers la surface et produisant la remarquable vague de points lumineux - et l'activité des taches solaires qui les accompagne - qui marque le début du nouveau cycle des taches solaires.

"Nous avons observé le cycle des taches solaires pendant des centaines d'années, mais c'était un mystère quel mécanisme pourrait transporter un signal de l'équateur, où le cycle se termine, aux latitudes moyennes du Soleil, où commence le cycle suivant, dans un laps de temps relativement court, " dit Dikpati.

En tant que corps, la recherche fournit une nouvelle façon de penser le fonctionnement de l'intérieur solaire qui remet en question certaines des réflexions conventionnelles sur les processus sur le Soleil. Que la recherche soit ou non sur la bonne voie – et pourrait améliorer nos capacités prédictives – fera bientôt l'objet de son premier test.

Il existe un certain nombre d'instruments parfaitement adaptés pour observer la fin inévitable du cycle solaire actuel et le début du suivant, selon les auteurs. Il s'agit notamment de la sonde solaire Parker, qui a été lancé en août dernier, la sonde STEREO-A, l'Observatoire de la dynamique solaire, le télescope solaire Daniel K. Inouye, et d'autres actifs.

"L'année prochaine, nous devrions avoir une occasion unique d'observer de manière approfondie un événement de terminaison au fur et à mesure qu'il se déroule, puis de regarder le lancement de Sunspot Cycle 25, " a déclaré McIntosh. "Nous croyons aux résultats, surtout si le terminateur arrive quand prévu, pourrait révolutionner notre compréhension de l'intérieur solaire et des processus qui créent les taches solaires et façonnent le cycle des taches solaires."