La surface visible du soleil, ou la photosphère, est d'environ 6, 000°C. Mais à quelques milliers de kilomètres au-dessus d'elle - une petite distance quand on considère la taille du soleil - l'atmosphère solaire, aussi appelée couronne, est des centaines de fois plus chaud, atteignant un million de degrés Celsius ou plus.

Ce pic de température, malgré l'éloignement de la principale source d'énergie du soleil, a été observé dans la plupart des étoiles, et représente un puzzle fondamental auquel les astrophysiciens réfléchissent depuis des décennies.

En 1942, le scientifique suédois Hannes Alfvén a proposé une explication. Il a émis l'hypothèse que les ondes de plasma magnétisées pourraient transporter d'énormes quantités d'énergie le long du champ magnétique du soleil de son intérieur à la couronne, contournant la photosphère avant d'exploser de chaleur dans la haute atmosphère du soleil.

La théorie avait été provisoirement acceptée, mais nous avions encore besoin de preuves, sous forme d'observation empirique, que ces vagues existaient. Notre récente étude a finalement atteint cet objectif, valider la théorie vieille de 80 ans d'Alfvén et nous faire faire un pas de plus vers l'exploitation de ce phénomène de haute énergie ici sur Terre.

Questions brûlantes

Le problème de l'échauffement coronal est établi depuis la fin des années 1930, lorsque le spectroscopiste suédois Bengt Edlén et l'astrophysicien allemand Walter Grotrian ont observé pour la première fois des phénomènes dans la couronne solaire qui ne pouvaient être présents que si sa température était de quelques millions de degrés Celsius.

Cela représente des températures jusqu'à 1, 000 fois plus chaude que la photosphère en dessous, qui est la surface du soleil que nous pouvons voir de la Terre. L'estimation de la chaleur de la photosphère a toujours été relativement simple :il suffit de mesurer la lumière qui nous parvient du soleil, et comparez-le aux modèles de spectre qui prédisent la température de la source lumineuse.

Au cours de plusieurs décennies d'études, la température de la photosphère a été systématiquement estimée à environ 6, 000°C. La découverte d'Edlén et Grotrian selon laquelle la couronne solaire est tellement plus chaude que la photosphère, bien qu'elle soit plus éloignée du noyau solaire, sa source ultime d'énergie - a fait beaucoup de mal à la communauté scientifique.

Les scientifiques se sont penchés sur les propriétés du soleil pour expliquer cette disparité. Le soleil est composé presque entièrement de plasma, qui est un gaz hautement ionisé qui transporte une charge électrique. Le mouvement de ce plasma dans la zone de convection - la partie supérieure de l'intérieur solaire - produit d'énormes courants électriques et de forts champs magnétiques.

Ces champs sont ensuite entraînés de l'intérieur du soleil par convection, et bourdonne sur sa surface visible sous forme de taches solaires sombres, qui sont des amas de champs magnétiques qui peuvent former une variété de structures magnétiques dans l'atmosphère solaire.

C'est là qu'intervient la théorie d'Alfvén. Il a estimé que dans le plasma magnétisé du soleil, tout mouvement en vrac de particules chargées électriquement perturberait le champ magnétique, créant des vagues qui peuvent transporter d'énormes quantités d'énergie sur de grandes distances, de la surface du soleil à sa haute atmosphère. La chaleur se déplace le long de ce qu'on appelle des tubes de flux magnétique solaire avant d'éclater dans la couronne, produisant sa haute température.

Ces ondes plasma magnétiques sont maintenant appelées ondes d'Alfvén, et leur rôle dans l'explication du chauffage coronal a conduit à l'attribution du prix Nobel de physique à Alfvén en 1970.

Observer les ondes d'Alfvén

Mais restait le problème de l'observation effective de ces ondes. Il se passe tellement de choses à la surface du soleil et dans son atmosphère, des phénomènes plusieurs fois plus grands que la Terre aux petits changements inférieurs à la résolution de notre instrumentation, que des preuves directes d'observation des ondes d'Alfvén dans la photosphère n'ont jamais été obtenues auparavant.

Mais les récents progrès de l'instrumentation ont ouvert une nouvelle fenêtre à travers laquelle nous pouvons examiner la physique solaire. L'un de ces instruments est le spectropolarimètre interférométrique bidimensionnel (IBIS) pour la spectroscopie d'imagerie, installé au télescope solaire Dunn dans l'État américain du Nouveau-Mexique. Cet instrument nous a permis de faire des observations et des mesures beaucoup plus détaillées du soleil.

Combiné à de bonnes conditions de vision, simulations informatiques avancées, et les efforts d'une équipe internationale de scientifiques de sept instituts de recherche, nous avons utilisé l'IBIS pour enfin confirmer, pour la première fois, l'existence d'ondes d'Alfvén dans les tubes à flux magnétique solaire.

Nouvelle source d'énergie

La découverte directe des ondes d'Alfvén dans la photosphère solaire est une étape importante vers l'exploitation de leur potentiel énergétique élevé ici sur Terre. Ils pourraient nous aider à faire des recherches sur la fusion nucléaire, par exemple, qui est le processus qui se déroule à l'intérieur du soleil qui implique que de petites quantités de matière soient converties en d'énormes quantités d'énergie. Nos centrales nucléaires actuelles utilisent la fission nucléaire, qui, selon les critiques, produit des déchets nucléaires dangereux, en particulier dans le cas de catastrophes telles que celle qui a eu lieu à Fukushima en 2011.

Créer de l'énergie propre en reproduisant la fusion nucléaire du soleil sur Terre reste un énorme défi, car nous aurions encore besoin de générer 100 millions de degrés Celsius rapidement pour que la fusion se produise. Les vagues d'Alfvén pourraient être un moyen d'y parvenir. Notre connaissance croissante du soleil montre que c'est certainement possible, dans les bonnes conditions.

Nous attendons également d'autres révélations solaires bientôt, grâce au nouveau, missions et instruments révolutionnaires. Le satellite Solar Orbiter de l'Agence spatiale européenne est désormais en orbite autour du soleil, fournir des images et prendre des mesures des régions polaires inexplorées de l'étoile. Terrestre, le dévoilement de nouveautés, des télescopes solaires à haute performance devraient également améliorer nos observations du soleil depuis la Terre.

Avec de nombreux secrets du soleil encore à découvrir, y compris les propriétés du champ magnétique du soleil, c'est une période passionnante pour les études solaires. Notre détection des ondes d'Alfvén n'est qu'une contribution à un domaine plus large qui cherche à percer les derniers mystères du soleil pour des applications pratiques sur Terre.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.