La couronne solaire, invisible à l'œil humain sauf lorsqu'il apparaît brièvement comme un halo de plasma enflammé lors d'une éclipse solaire, reste une énigme même pour les scientifiques qui l'étudient de près. Situé 1, 300 miles de la surface de l'étoile, il est plus de cent fois plus chaud que les couches inférieures beaucoup plus proches du réacteur de fusion au cœur du Soleil.

Une équipe de physiciens, dirigé par Gregory Fleishman du NJIT, a récemment découvert un phénomène qui pourrait commencer à démêler ce qu'ils appellent "l'un des plus grands défis de la modélisation solaire" - déterminer les mécanismes physiques qui chauffent la haute atmosphère à 1 million de degrés Fahrenheit (500, 000 degrés Celsius) et plus. Leurs découvertes, qui représentent l'énergie thermique précédemment non détectée dans la couronne, ont été récemment publiés dans le 123-year-old Journal d'astrophysique , dont les éditeurs ont inclus des scientifiques spatiaux fondateurs tels qu'Edwin Hubble.

"Nous savions que quelque chose de vraiment intrigant se passait à l'interface entre la photosphère - la surface du Soleil - et la couronne, compte tenu des disparités notables de la composition chimique entre les deux couches et de la forte élévation des températures du plasma à cette jonction, " note Fleishman, un éminent professeur de recherche en physique.

Avec une série d'observations de l'observatoire spatial de la dynamique solaire (SDO) de la NASA, l'équipe a révélé des régions de la couronne avec des niveaux élevés d'ions de métaux lourds contenus dans des tubes de flux magnétique - des concentrations de champs magnétiques - qui transportent un courant électrique. Leurs images vives, capturé dans la bande ultraviolette (EUV) extrême (ondes courtes), révèlent des concentrations disproportionnées - d'un facteur cinq ou plus - de métaux à charges multiples par rapport aux ions d'hydrogène à un seul électron, qu'il n'existe dans la photosphère.

Les ions fer résident dans ce que l'équipe appelle des "pièges à ions" situés à la base des boucles coronales, arcs de plasma électrifié dirigés par des lignes de champ magnétique. L'existence de ces pièges, ils disent, implique qu'il existe des boucles coronales très énergétiques, appauvri en ions fer, qui ont jusqu'à présent échappé à la détection dans la gamme EUV. Uniquement des ions métalliques, avec leurs électrons fluctuants, produisent des émissions qui les rendent visibles.

"Ces observations suggèrent que la couronne peut contenir encore plus d'énergie thermique que ce qui est directement observé dans la gamme EUV et que nous n'avons pas encore pris en compte, " dit-il. " Cette énergie est visible dans d'autres longueurs d'onde, cependant, et nous espérons combiner nos données avec des scientifiques qui les visualisent à travers les micro-ondes et les rayons X, tels que les scientifiques du réseau solaire étendu d'Owens Valley du NJIT, par exemple, pour clarifier les discordances énergétiques que nous avons pu quantifier jusqu'à présent."

Il existe différentes théories, pas encore concluant, qui expliquent la chaleur torride de la couronne :des lignes d'énergie magnétique qui se reconnectent dans la haute atmosphère et libèrent une énergie explosive et des ondes énergétiques déversées dans la couronne, où ils sont convertis en énergie thermique, entre autres.

"Avant de pouvoir aborder la façon dont l'énergie est générée dans la couronne, il faut d'abord cartographier et quantifier sa structure thermique, " note Fleishman.

"Ce que nous savons de la température de la couronne vient de la mesure des émissions EUV produites par des ions lourds dans divers états d'ionisation, qui dépend de leurs concentrations, ainsi que la température et la densité du plasma, " ajoute-t-il. " La distribution non uniforme de ces ions dans l'espace et le temps semble affecter la température de la couronne. "

Les ions métalliques pénètrent dans la couronne lorsque des éruptions solaires de différentes tailles détruisent les pièges, et ils sont évaporés dans des boucles de flux dans la haute atmosphère.

Les dégagements d'énergie dans les éruptions solaires et les formes d'éruptions associées se produisent lorsque les lignes de champ magnétique, avec leurs puissants courants électriques sous-jacents, sont tordus au-delà d'un point critique qui peut être mesuré par le nombre de tours dans la torsion. La plus grande de ces éruptions provoque ce qu'on appelle la météorologie spatiale - le rayonnement, les particules énergétiques et les émissions de champs magnétiques du Soleil suffisamment puissantes pour provoquer des effets graves dans l'environnement proche de la Terre, comme l'interruption des communications, les lignes électriques et les systèmes de navigation.

Ce n'est que grâce aux progrès récents des capacités d'imagerie que les scientifiques solaires peuvent désormais prendre des mesures de routine des vecteurs de champ magnétique photophérique à partir desquels calculer la composante verticale des courants électriques, et, simultanément, quantifier les émissions EUV produites par les ions lourds.

"Avant ces observations, nous n'avons pris en compte que les boucles coronales remplies d'ions lourds, mais nous ne pouvions pas expliquer les tubes de flux épuisés, " Fleishman dit. "Maintenant, tous ces phénomènes mal compris ont une base physique solide que nous pouvons observer. Nous sommes en mesure de mieux quantifier la structure thermique de la couronne et de mieux comprendre pourquoi la distribution des ions dans l'atmosphère solaire n'est pas uniforme dans l'espace et variable dans le temps."

Scientists at NJIT's Big Bear Solar Observatory (BBSO) have captured the first high-resolution images of magnetic fields and plasma flows originating deep below the Sun's surface, tracing the evolution of sunspots and magnetic flux ropes through the chromosphere before their dramatic appearance in the corona as flaring loops.

EUV emissions, cependant, can only be observed from space. The SDO, aboard a spacecraft launched in 2010, measures both magnetic field and EUV emissions from the whole Sun. The implications of the corona's temperature structure, and whether it allows the Sun to transfer more heat into the solar system, "is the subject of future study, " Fleishman says.