Les physiciens solaires du monde entier recherchent depuis longtemps des explications satisfaisantes aux nombreux phénomènes cycliques, chevauchement des fluctuations d'activité. En plus des plus célèbres, "cycle Schwabe" d'environ 11 ans, le soleil présente également des fluctuations plus longues, allant de centaines à des milliers d'années. Ça suit, par exemple, le "cycle de Gleissberg" (environ 85 ans), le "cycle Suess-de Vries" (environ 200 ans) et le quasi-cycle des "Evènements obligataires" (environ 1500 ans), chacun portant le nom de ses découvreurs. Il est incontestable que le champ magnétique solaire contrôle ces fluctuations d'activité.

Les explications et les modèles dans les cercles d'experts divergent en partie sur les raisons pour lesquelles le champ magnétique change du tout. Le soleil est-il contrôlé de l'extérieur ou la raison des nombreux cycles réside-t-elle dans les particularités particulières de la dynamo solaire elle-même ? Le chercheur du HZDR Frank Stefani et ses collègues cherchent des réponses depuis des années, principalement à la question très controversée de savoir si les planètes jouent un rôle dans l'activité solaire.

Le mouvement du soleil en forme de rosette peut produire un cycle de 193 ans

Les chercheurs ont récemment examiné de plus près le mouvement orbital du soleil. Le soleil ne reste pas fixé au centre du système solaire :il exécute une sorte de danse dans le champ gravitationnel commun avec les planètes massives Jupiter et Saturne, au rythme de 19,86 ans. Nous savons de la Terre que la rotation sur son orbite déclenche de petits mouvements dans le noyau liquide de la Terre. Quelque chose de similaire se produit également dans le soleil, mais cela a été jusqu'ici négligé en ce qui concerne son champ magnétique.

Les chercheurs ont eu l'idée qu'une partie du moment orbital angulaire du soleil pourrait être transférée à sa rotation et ainsi affecter le processus dynamo interne qui produit le champ magnétique solaire. Un tel couplage serait suffisant pour modifier la capacité de stockage magnétique extrêmement sensible de la tachocline, une région de transition entre différents types de transport d'énergie à l'intérieur du soleil. "Les champs magnétiques enroulés pourraient alors plus facilement s'accrocher à la surface du soleil, " dit Stefani.

Les chercheurs ont intégré une telle perturbation rythmique de la tachocline dans leurs précédents calculs de modèle d'une dynamo solaire typique, et ils ont ainsi pu reproduire plusieurs phénomènes cycliques qui étaient connus d'observations. Ce qui était le plus remarquable, c'est que, en plus du cycle de Schwabe de 11,07 ans qu'ils avaient déjà modélisé dans des travaux antérieurs, la force du champ magnétique a également changé à un rythme de 193 ans - cela pourrait être le cycle de Suess-de Vries du soleil, qui, d'après les observations, aurait été de 180 à 230 ans. Mathématiquement, les 193 années apparaissent comme ce qu'on appelle une période de battement entre le cycle de 19,86 ans et le double cycle de Schwabe, également appelé cycle de Hale. Le cycle de Suess-de Vries serait ainsi le résultat d'une combinaison de deux « horloges » externes :les forces de marée des planètes et le mouvement propre du soleil dans le champ gravitationnel du système solaire.

Les planètes comme métronome

Pour le cycle de 11,07 ans, Stefani et ses chercheurs avaient déjà trouvé des preuves statistiques solides qu'il doit suivre une horloge externe. Ils ont lié cette "horloge" aux forces de marée des planètes Vénus, Terre et Jupiter. Leur effet est maximal lorsque les planètes sont alignées :une constellation qui se produit tous les 11,07 ans. Quant au cycle de 193 ans, un effet physique sensible a également été décisif ici afin de déclencher un effet suffisant des faibles forces de marée des planètes sur la dynamo solaire.

Après un scepticisme initial envers l'hypothèse planétaire, Stefani suppose maintenant que ces connexions ne sont pas fortuites. "Si le soleil nous jouait un tour ici, alors ce serait avec une perfection incroyable. Ou, En réalité, nous avons une première idée d'une image complète des cycles courts et longs d'activité solaire. les résultats actuels réaffirment également rétroactivement que le cycle de 11 ans doit être un processus chronométré. Autrement, l'occurrence d'une période de battement serait mathématiquement impossible.

Basculer dans le chaos :les effondrements de 1000 à 2000 ans ne sont pas plus prévisibles

En plus des cycles d'activité un peu plus courts, le soleil présente également des tendances à long terme de l'ordre de mille ans. Celles-ci se caractérisent par des baisses d'activité prolongées, connu sous le nom de "minimum", comme le plus récent "Maunder Minimum", qui s'est produit entre 1645 et 1715 pendant le "Petit Age Glaciaire". En analysant statistiquement les minima observés, les chercheurs ont pu montrer qu'il ne s'agit pas de processus cycliques, mais que leur occurrence à des intervalles d'environ un à deux mille ans suit un processus mathématique aléatoire.

Pour vérifier cela dans un modèle, les chercheurs ont étendu leurs simulations de dynamo solaire à une période plus longue de 30, 000 ans. En réalité, en plus des cycles plus courts, il y avait des irréguliers, baisses soudaines de l'activité magnétique tous les 1000 à 2000 ans. "Nous voyons dans nos simulations comment se forme une asymétrie nord-sud, qui finit par devenir trop fort et se désynchronise jusqu'à ce que tout s'effondre. Le système bascule dans le chaos, puis met un certain temps à se synchroniser à nouveau, " dit Stefani. Mais ce résultat signifie également que les prévisions d'activité solaire à très long terme - par exemple, déterminer l'influence sur l'évolution du climat - sont presque impossibles.