Une image composite du Soleil montrant l'hydrogène (à gauche) et l'hélium (au centre et à droite) dans la couronne basse. L'hélium à l'épuisement près des régions équatoriales est évident. Crédit :NASA
L'hélium est le deuxième élément le plus abondant dans l'univers après l'hydrogène. Mais les scientifiques ne savent pas exactement combien il y a dans l'atmosphère du Soleil, où il est difficile de mesurer. Connaître la quantité d'hélium dans l'atmosphère solaire est important pour comprendre l'origine et l'accélération du vent solaire, le flux constant de particules chargées du Soleil.
En 2009, La NASA a lancé une enquête sur une fusée-sonde pour mesurer l'hélium dans l'atmosphère solaire étendue – la première fois que nous avons rassemblé une carte mondiale complète. Les résultats, récemment publié dans Astronomie de la nature , nous aident à mieux comprendre notre environnement spatial.
Précédemment, lors de la mesure des rapports de l'hélium à l'hydrogène dans le vent solaire lorsqu'il atteint la Terre, les observations ont trouvé des ratios beaucoup plus faibles que prévu. Les scientifiques soupçonnaient que l'hélium manquant aurait pu être laissé dans la couche atmosphérique la plus externe du Soleil, la couronne, ou peut-être dans une couche plus profonde. Découvrir comment cela se produit est essentiel pour comprendre comment le vent solaire est accéléré.
Pour mesurer la quantité d'hélium et d'hydrogène atmosphériques, Diffusion par résonance de l'hélium de la NASA dans la couronne et l'héliosphère, ou HERSCHEL, fusée-sonde a pris des images de la couronne solaire. Dirigé par le Naval Research Lab à Washington, D.C., HERSCHEL était une collaboration internationale avec l'Osservatorio Astrofisico di Torino en Italie et l'Institut d'Astrophysique Spatiale en France.
Une image composite montre le Soleil avec des lignes de champ magnétique ouvertes (colorées) chevauchant des régions avec une abondance accrue d'hélium. Crédit :NASA
Les observations de HERSCHEL ont montré que l'hélium n'était pas réparti uniformément autour de la couronne. La région équatoriale n'avait presque pas d'hélium alors que les zones aux latitudes moyennes en avaient le plus. En comparant avec les images de l'Observatoire solaire et héliosphérique de l'ESA/NASA (SOHO), les scientifiques ont pu montrer que l'abondance aux latitudes moyennes chevauche l'endroit où les lignes de champ magnétique du Soleil s'ouvrent dans le système solaire.
Cela montre que le rapport de l'hélium à l'hydrogène est fortement lié au champ magnétique et à la vitesse du vent solaire dans la couronne. Les régions équatoriales, qui avait des mesures d'abondance d'hélium faibles, mesures correspondantes du vent solaire près de la Terre. Cela indique que l'atmosphère solaire est plus dynamique que les scientifiques ne le pensaient.
L'enquête de la fusée-sonde HERSCHEL s'ajoute à un corpus de travaux visant à comprendre l'origine de la composante lente du vent solaire. HERSCHEL étudie à distance la composition élémentaire de la région où le vent solaire est accéléré, qui peuvent être analysés en tandem avec des mesures in situ du système solaire interne, comme celles de la Parker Solar Probe. Alors que la chaleur du Soleil est suffisante pour alimenter l'élément le plus léger - les protons d'hydrogène ionisés - pour échapper au Soleil en tant que vent supersonique, d'autres physiques doivent aider à alimenter l'accélération d'éléments plus lourds comme l'hélium. Ainsi, comprendre l'abondance élémentaire dans l'atmosphère du Soleil, fournit des informations supplémentaires alors que nous essayons d'apprendre l'histoire complète de la façon dont le vent solaire est accéléré.
Lancement de la fusée-sonde HERSCHEL depuis la gamme de missiles White Sands, Nouveau Mexique. Crédit :Champ de tir de White Sands
À l'avenir, les scientifiques prévoient de faire plus d'observations pour expliquer la différence d'abondance. Deux nouveaux instruments, Metis et EUI à bord du Solar Orbiter de l'ESA/NASA, sont capables d'effectuer des mesures d'abondance mondiale similaires et contribueront à fournir de nouvelles informations sur le rapport d'hélium dans la couronne.
