Des filtres spéciaux permettent aux scientifiques de mesurer différentes températures dans la couronne pendant les éclipses solaires totales, comme celui-ci vu dans Mitchell, Oregon, le 21 août 2017. La lumière rouge est émise par des particules de fer chargées à 1,8 million de degrés Fahrenheit et la verte sont celles à 3,6 millions de degrés Fahrenheit. Crédit :M. Druckmuller et publié dans Habbal et al. 2021
De la traversée des dunes de sable dans le désert du Sahara à la surveillance des ours polaires dans l'Arctique, un groupe de scientifiques solaires connu sous le nom de "Solar Wind Sherpas" dirigé par Shadia Habbal, ont voyagé jusqu'aux extrémités de la Terre pour observer scientifiquement les éclipses solaires totales - les moments fugaces où la Lune bloque complètement le Soleil, transformer temporairement le jour en nuit. Avec les images, ils ont découvert une découverte surprenante sur le vent du Soleil et son atmosphère extérieure vaporeuse - la couronne - qui n'est visible dans son intégralité que lors d'une éclipse.
À partir de plus d'une décennie d'observations d'éclipses totales prises dans le monde entier, l'équipe a remarqué que la couronne maintient une température assez constante, malgré les changements dynamiques de la région qui se produisent sur une rotation de 11 ans connue sous le nom de cycle solaire. De la même manière, le vent solaire - le flux constant de particules que le Soleil libère de la couronne à travers le système solaire - correspond à cette même température.
"La température aux sources du vent solaire dans la couronne est presque constante tout au long d'un cycle solaire, " a déclaré Shadia Habbal, un chercheur solaire à l'Université d'Hawaï qui a dirigé l'étude. "Cette découverte est inattendue car les structures coronales sont entraînées par des changements dans la distribution des plasmas magnétisés dans la couronne, qui varient tellement tout au long du cycle solaire magnétique de 11 ans."
Les nouvelles découvertes, publié dans le Lettres de revues astrophysiques , aident les scientifiques à mieux comprendre le vent solaire, qui est un élément clé de la météo spatiale qui peut avoir un impact sur le matériel électronique et les activités des astronautes dans l'espace. Les résultats pourraient également aider les scientifiques à comprendre un mystère solaire de longue date :comment la couronne devient plus chaude d'un million de degrés que les couches atmosphériques inférieures.
Plus que de jolies images
Les scientifiques utilisent les éclipses solaires totales depuis plus d'un siècle pour en savoir plus sur notre univers, y compris le déchiffrement de la structure du Soleil et des événements explosifs, trouver des preuves de la théorie de la relativité générale, et même la découverte d'un nouvel élément :l'hélium. Alors que les instruments appelés coronographes sont capables d'imiter les éclipses, ils ne sont pas assez bons pour accéder à toute l'étendue de la couronne révélée lors d'une éclipse solaire totale. Au lieu, les astronomes doivent se rendre dans des régions éloignées de la Terre pour observer la couronne pendant les éclipses, qui se produisent environ tous les 12 à 18 mois et ne durent que quelques minutes.
Grâce à des voyages en Australie, Libye, Mongolie, Oregon, et au-delà, l'équipe a rassemblé 14 ans d'images d'éclipse solaire totale à haute résolution du monde entier. Ils ont capturé les éclipses à l'aide de caméras équipées de filtres spécialisés pour les aider à mesurer les températures des particules de la partie la plus interne de la couronne, les sources du vent solaire.
Une vue rapprochée d'une proéminence (les zones rosâtres) - la structure magnétique la plus froide et la plus complexe de la couronne. Les proéminences sont directement liées aux arches chaudes sus-jacentes (les boucles grises) dans la couronne. Leur dynamique entraîne le vent solaire variable et les éruptions appelées éjections de masse coronale. On pense également que les proéminences sont directement liées aux changements de température régionaux dans la couronne tout au long d'un cycle solaire, car ils augmentent avec l'activité solaire. Crédit :Habbal et al. 2021
Les chercheurs ont utilisé la lumière émise par deux types courants de particules de fer chargées dans la couronne pour déterminer la température du matériau. Les résultats ont montré de manière inattendue que la quantité de particules les plus froides - qui étaient plus abondantes et constituaient la majeure partie du matériau du vent solaire - était étonnamment cohérente à différents moments du cycle solaire. Le matériau plus chaud et clairsemé variait beaucoup plus avec le cycle solaire tandis que la vitesse du vent solaire variait de 185 à 435 miles par seconde.
"Cela signifie que tout ce qui chauffe la majorité de la couronne et du vent solaire ne dépend pas beaucoup du cycle d'activité du Soleil, " a déclaré Benjamin Boe, un chercheur solaire de l'Université d'Hawaï impliqué dans la nouvelle recherche.
La découverte est surprenante car elle suggère que si la majorité du vent solaire provient de sources qui ont une température à peu près constante, il peut avoir des vitesses très différentes. "Alors maintenant la question est, quels processus maintiennent la température des sources du vent solaire à une valeur constante ?", a déclaré Habbal.
Le Soleil Dynamique
L'équipe a également comparé les données d'éclipse avec les mesures prises par Advanced Composition Explorer de la NASA, ou ACE, vaisseau spatial, qui se trouve dans l'espace à 1 million de kilomètres de la Terre dans la direction du Soleil et était également essentiel pour révéler les propriétés de la composante dynamique du vent solaire. Les vitesses variables du vent dynamique se distinguaient par la variabilité des états de charge de fer qui leur sont associés. Les données du vaisseau spatial ont montré que les vitesses des particules observées dans le vent solaire variable changeaient en fonction des états de charge de fer qui leur étaient associés. Les gaines à haute température autour des événements appelés protubérances, découvert à partir d'observations d'éclipses, se sont avérés être responsables du vent dynamique et de l'éjection de masse coronale occasionnelle - un grand nuage de plasma solaire et de champs magnétiques intégrés libérés dans l'espace après une éruption solaire.
Alors que l'équipe ne sait pas pourquoi les sources du vent solaire sont à la même température, ils pensent que les vitesses varient en fonction de la densité de la région dont ils sont originaires, qui lui-même est déterminé par le champ magnétique sous-jacent. Les particules volantes rapidement proviennent de régions à faible densité, et les plus lents des régions à haute densité. Cela est probablement dû au fait que l'énergie est répartie entre toutes les particules d'une région. Donc, dans les zones où il y a moins de particules, il y a plus d'énergie pour chaque particule individuelle. C'est comme partager un gâteau d'anniversaire :s'il y a moins de monde, il y a plus de gâteau pour chaque personne.
Les nouvelles découvertes fournissent de nouvelles informations sur les propriétés du vent solaire, qui est un élément clé de la météorologie spatiale qui peut avoir un impact sur les satellites de communication spatiaux et les plates-formes d'observation astronomique. L'équipe prévoit de continuer à parcourir le globe pour observer les éclipses solaires totales. Ils espèrent que leurs efforts pourront éventuellement jeter une nouvelle lumière sur le mystère solaire de longue date :comment la couronne atteint une température d'un million de degrés, beaucoup plus chaud que la surface solaire.
