Lorsque notre Soleil éclate avec des explosions géantes, telles que des rafales de rayonnement appelées éruptions solaires, nous savons qu'elles peuvent affecter l'espace dans tout le système solaire ainsi que près de la Terre. Mais le suivi de leurs effets nécessite d'avoir des observatoires en de nombreux endroits avec de nombreuses perspectives, de la même manière que les capteurs météorologiques partout sur Terre peuvent nous aider à surveiller ce qui se passe avec une tempête terrestre.

En utilisant plusieurs observatoires, deux études récentes montrent comment les éruptions solaires présentent des impulsions ou des oscillations dans la quantité d'énergie envoyée. De telles recherches fournissent de nouvelles informations sur les origines de ces éruptions solaires massives ainsi que sur la météo spatiale qu'elles produisent, qui est une information clé alors que les humains et les missions robotiques s'aventurent dans le système solaire, de plus en plus loin de chez moi.

La première étude a repéré des oscillations lors d'une éruption - de manière inattendue - dans les mesures de la production totale d'énergie ultraviolette extrême du Soleil, un type de lumière invisible à l'œil humain. Le 15 février, 2011, le Soleil a émis une éruption solaire de classe X, le type le plus puissant de ces rafales intenses de rayonnement. Parce que les scientifiques disposaient de plusieurs instruments pour observer l'événement, ils ont pu suivre les oscillations du rayonnement de la torche, se produisant simultanément dans plusieurs ensembles différents d'observations.

"Tout type d'oscillation sur le Soleil peut nous en dire beaucoup sur l'environnement dans lequel les oscillations ont lieu, ou sur le mécanisme physique responsable des changements d'émission, " a déclaré Ryan Milligan, auteur principal de cette première étude et physicien solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'Université de Glasgow en Écosse. Dans ce cas, les impulsions régulières de la lumière ultraviolette extrême indiquaient que des perturbations, semblables à des tremblements de terre, se répercutaient dans la chromosphère, la base de l'atmosphère extérieure du Soleil, pendant l'éclair.

Ce qui a surpris Milligan à propos des oscillations, c'est le fait qu'elles ont été observées pour la première fois dans les données ultraviolettes extrêmes du GOES de la NOAA, abréviation de Geostationary Operation Environmental Satellite, qui réside dans l'espace proche de la Terre. La mission étudie le Soleil du point de vue de la Terre, la collecte de données sur les rayons X et l'irradiance ultraviolette extrême - la quantité totale d'énergie solaire qui atteint l'atmosphère terrestre au fil du temps.

Ce n'était pas un ensemble de données typique pour Milligan. Alors que GOES aide à surveiller les effets des éruptions solaires dans l'environnement spatial de la Terre - connu collectivement sous le nom de météo spatiale - le satellite n'a pas été initialement conçu pour détecter des détails fins comme ces oscillations.

Lors de l'étude des éruptions solaires, Milligan utilise plus couramment des données à haute résolution sur une région active spécifique de l'atmosphère du Soleil pour étudier les processus physiques sous-jacents aux éruptions. Ceci est souvent nécessaire pour zoomer sur les événements dans une zone particulière, sinon ils peuvent facilement être perdus dans le contexte de la constante du Soleil, rayonnement intense.

"Les fusées elles-mêmes sont très localisées, donc pour que les oscillations soient détectées au-dessus du bruit de fond des émissions régulières du Soleil et apparaissent dans les données d'irradiance était très frappante, " dit Milligan.

Il y a eu des rapports précédents d'oscillations dans les données de rayons X GOES provenant de la haute atmosphère du Soleil, appelé la couronne, lors des éruptions solaires. Ce qui est unique dans ce cas, c'est que les impulsions ont été observées dans l'émission ultraviolette extrême à des fréquences qui montrent qu'elles sont d'origine inférieure, dans la chromosphère, fournissant plus d'informations sur la façon dont l'énergie d'une éruption se propage dans l'atmosphère du Soleil.

Pour être sûr que les oscillations étaient réelles, Milligan et ses collègues ont vérifié les données correspondantes d'autres instruments d'observation du Soleil à bord du Solar Dynamics Observatory ou SDO de la NASA, pour faire court :un qui collecte également des données d'irradiance ultraviolette extrême et un autre qui image la couronne dans différentes longueurs d'onde de la lumière. Ils ont trouvé exactement les mêmes impulsions dans ces ensembles de données, confirmant qu'ils étaient un phénomène avec sa source au Soleil. Leurs conclusions sont résumées dans un article publié dans Les lettres du journal astrophysique le 9 octobre 2017.

Ces oscillations intéressent les scientifiques car elles peuvent être le résultat d'un mécanisme par lequel les éruptions émettent de l'énergie dans l'espace, un processus que nous ne comprenons pas encore complètement. En outre, le fait que les oscillations soient apparues dans des ensembles de données généralement utilisés pour surveiller des modèles spatiaux plus vastes suggère qu'elles pourraient jouer un rôle dans la conduite des effets météorologiques spatiaux.

Dans la deuxième étude, les scientifiques ont étudié un lien entre les éruptions solaires et l'activité dans l'atmosphère terrestre. L'équipe a découvert que les impulsions dans la couche électrifiée de l'atmosphère, appelée ionosphère, reflétaient les oscillations des rayons X au cours d'un 24 juillet. 2016, Fusée de classe C. Les fusées éclairantes de classe C sont d'intensité moyenne à faible, et environ 100 fois plus faible que les fusées éclairantes X.

S'étendant d'environ 30 à 600 milles au-dessus de la surface de la Terre, l'ionosphère est une région de l'atmosphère en constante évolution qui réagit aux changements de la Terre au-dessous et de l'espace au-dessus. Il gonfle en réponse au rayonnement solaire entrant, qui ionise les gaz atmosphériques, et se détend la nuit à mesure que les particules chargées se recombinent progressivement.

En particulier, l'équipe de scientifiques dirigée par Laura Hayes, une physicienne solaire qui partage son temps entre la NASA Goddard et le Trinity College de Dublin, Irlande, et son directeur de thèse Peter Gallagher—ont examiné comment la couche la plus basse de l'ionosphère, appelée la région D, répondu aux pulsations d'une éruption solaire.

"C'est la région de l'ionosphère qui affecte les communications à haute fréquence et les signaux de navigation, " a déclaré Hayes. " Les signaux voyagent à travers la région D, et les changements dans la densité électronique affectent si le signal est absorbé, ou dégradé."

Les scientifiques ont utilisé des données de très basse fréquence, ou VLF, signaux radio pour sonder les effets de l'éruption sur la région D. Il s'agissait de signaux de communication standard transmis depuis le Maine et reçus en Irlande. Plus l'ionosphère est dense, plus ces signaux sont susceptibles de se heurter à des particules chargées en cours de route d'un émetteur de signal à son récepteur. En surveillant la propagation des signaux VLF d'un bout à l'autre, les scientifiques peuvent cartographier les changements de densité électronique.

Regroupant les données VLF et les observations X et ultraviolet extrême de GOES et SDO, l'équipe a découvert que la densité électronique de la région D pulsait de concert avec les impulsions de rayons X sur le Soleil. Ils ont publié leurs résultats dans le Journal de recherche géophysique le 17 octobre, 2017.

"Les rayons X frappent l'ionosphère et parce que la quantité de rayonnement X entrant change, la quantité d'ionisation dans l'ionosphère change aussi, " a déclaré Jack Ireland, un co-auteur sur les deux études et le physicien solaire Goddard. "Nous avons déjà vu des oscillations de rayons X, mais la réponse oscillante de l'ionosphère n'a pas été détectée dans le passé."

Hayes et ses collègues ont utilisé un modèle pour déterminer à quel point la densité électronique a changé pendant l'éruption. En réponse au rayonnement entrant, ils ont découvert que la densité augmentait jusqu'à 100 fois en seulement 20 minutes pendant les impulsions. Avec une étude plus approfondie, l'équipe espère comprendre comment l'ionosphère réagit aux oscillations des rayons X à différentes échelles de temps, et si d'autres éruptions solaires induisent cette réponse.

"C'est un résultat passionnant, montrant que l'atmosphère terrestre est plus étroitement liée à la variabilité des rayons X solaires qu'on ne le pensait auparavant, " a déclaré Hayes. " Maintenant, nous prévoyons d'explorer plus avant cette relation dynamique entre le Soleil et l'atmosphère de la Terre. "

Ces deux études ont tiré parti du fait que nous sommes de plus en plus en mesure de suivre l'activité solaire et la météo spatiale à partir d'un certain nombre de points de vue. Comprendre la météo spatiale qui nous affecte sur Terre nécessite de comprendre un système dynamique qui s'étend du Soleil jusqu'à notre haute atmosphère, un système qui ne peut être compris qu'en exploitant un large éventail de missions dispersées dans l'espace.