C'est l'un des plus grands et des plus anciens mystères qui entourent, littéralement, notre soleil, pourquoi son atmosphère extérieure est-elle plus chaude que sa surface ardente ?

Des chercheurs de l'Université du Michigan pensent avoir la réponse, et j'espère le prouver avec l'aide de Parker Solar Probe de la NASA. En deux ans environ, la sonde sera le premier engin artificiel à pénétrer dans la zone entourant le soleil où le chauffage semble fondamentalement différent de ce qui a été vu auparavant dans l'espace. Cela leur permettra de tester leur théorie selon laquelle le chauffage est dû à de petites ondes magnétiques qui vont et viennent dans la zone.

Résoudre l'énigme permettrait aux scientifiques de mieux comprendre et prédire la météo solaire, qui peuvent constituer de sérieuses menaces pour le réseau électrique de la Terre. Et la première étape consiste à déterminer où commence et se termine le réchauffement de l'atmosphère extérieure du soleil – un casse-tête qui ne manque pas de théories.

Une fois dans cette zone, Parker Solar Probe aidera à déterminer la cause de l'échauffement en mesurant directement les champs magnétiques et les particules à cet endroit.

"Quelle que soit la physique derrière cette surchauffe, c'est un puzzle qui nous regarde dans les yeux depuis 500 ans, " a déclaré Justin Kasper, un professeur U-M de sciences du climat et de l'espace et chercheur principal pour la mission Parker. "Dans seulement deux ans de plus, Parker Solar Probe révélera enfin la réponse."

La théorie U-M est exposée dans un article, Le chauffage ionique fortement préférentiel est limité à l'intérieur de la surface solaire Alfven, publié le 4 juin dans Le Lettres de revues astrophysiques .

Dans cette "zone de chauffage préférentiel" au-dessus de la surface du soleil, les températures augmentent globalement. Plus bizarre encore, les éléments individuels sont chauffés à différentes températures, ou préférentiellement. Certains ions plus lourds sont surchauffés jusqu'à ce qu'ils soient dix fois plus chauds que l'hydrogène qui est partout dans cette zone, plus chaud que le noyau du soleil.

Des températures aussi élevées font gonfler l'atmosphère solaire à plusieurs fois le diamètre du soleil et c'est la raison pour laquelle nous voyons la couronne étendue pendant les éclipses solaires. Dans ce sens, Kasper dit, le mystère du chauffage coronal est visible par les astronomes depuis plus d'un demi-millénaire, même si les températures élevées n'ont été appréciées qu'au cours du siècle dernier.

Cette même zone présente des "ondes d'Alfvén" hydromagnétiques qui vont et viennent entre son bord le plus externe et la surface du soleil. Au bord le plus à l'extérieur, appelé la pointe d'Alfvén, le vent solaire se déplace plus vite que la vitesse d'Alfvén, et les vagues ne peuvent plus retourner vers le soleil.

"Quand tu es en dessous du point d'Alfvén, tu es dans cette soupe de vagues, " a déclaré Kasper. " Les particules chargées sont déviées et accélérées par des ondes provenant de toutes les directions. "

En essayant d'estimer à quelle distance de la surface du soleil ce chauffage préférentiel s'arrête, L'équipe d'U-M a examiné des décennies d'observations du vent solaire par le vaisseau spatial Wind de la NASA. Ils ont examiné dans quelle mesure l'augmentation de la température de l'hélium près du soleil a été emportée par les collisions entre les ions du vent solaire lors de leur voyage vers la Terre. L'observation de la décroissance de la température de l'hélium leur a permis de mesurer la distance jusqu'au bord extérieur de la zone.

"Nous prenons toutes les données et les traitons comme un chronomètre pour déterminer combien de temps s'était écoulé depuis que le vent était surchauffé, " dit Kasper. " Puisque je sais à quelle vitesse ce vent se déplace, Je peux convertir les informations à distance."

Ces calculs placent le bord extérieur de la zone de surchauffe à environ 10 à 50 rayons solaires de la surface. Il était impossible d'être plus définitif car certaines valeurs ne pouvaient être que devinées.

Initialement, Kasper n'a pas pensé à comparer son estimation de la localisation de la zone avec le point d'Alfvén, mais il voulait savoir s'il y avait un endroit physiquement significatif dans l'espace qui produisait la frontière extérieure. Après avoir lu que le point d'Alfvén et d'autres surfaces ont été observés en expansion et en contraction avec l'activité solaire, lui et le co-auteur Kristopher Klein, un ancien post-doctorant U-M et une nouvelle faculté à l'Université de l'Arizona, ont retravaillé leur analyse en tenant compte des changements d'une année à l'autre plutôt que de considérer l'ensemble de la mission Wind.

« À mon grand étonnement, la limite extérieure de la zone d'échauffement préférentiel et le point d'Alfvén se sont déplacés au même rythme de façon totalement prévisible malgré des calculs totalement indépendants, " Kasper a dit. " Vous les surplombez, et ils font exactement la même chose au fil du temps."

Alors, la pointe d'Alfvén marque-t-elle le bord extérieur de la zone de chauffe ? Et qu'est-ce qui change exactement sous le point d'Alfvén qui surchauffe les ions lourds ? Nous devrions le savoir dans les prochaines années. La sonde solaire Parker a décollé en août 2018 et a eu son premier rendez-vous avec le soleil en novembre 2018, se rapprochant déjà plus du soleil que tout autre objet fabriqué par l'homme.

Dans les années à venir, Parker se rapprochera encore plus à chaque passage jusqu'à ce que la sonde tombe sous le point d'Alfvén. Dans leur article, Kasper et Klein prévoient qu'il devrait entrer dans la zone de chauffage préférentiel en 2021 à mesure que la frontière s'étend avec l'augmentation de l'activité solaire. . Ensuite, la NASA disposera d'informations provenant directement de la source pour répondre à toutes sortes de questions de longue date.

"Avec Parker Solar Probe, nous pourrons déterminer définitivement par des mesures locales quels processus conduisent à l'accélération du vent solaire et au réchauffement préférentiel de certains éléments, " a déclaré Klein. " Les prédictions de cet article suggèrent que ces processus fonctionnent sous la surface d'Alfvén, une région proche du Soleil qu'aucun vaisseau spatial n'a visité, ce qui signifie que ces processus de chauffage préférentiels n'ont jamais été mesurés directement auparavant."

Kasper est le chercheur principal de l'enquête Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP) sur la sonde solaire Parker. Les capteurs de SWEAP récupèrent le vent solaire et les particules coronales lors de chaque rencontre pour mesurer la vitesse, Température, et la densité et faire la lumière sur le mystère du chauffage.

Le papier est intitulé, "Le chauffage ionique à forte préférence est limité à la surface solaire d'Alfven."