Comment se forme une bascule solaire. Crédit :ESA &NASA/Solar Orbiter/EUI &Metis Teams et D. Telloni et al. (2022); Zank et al. (2020)
Avec les données de son passage le plus proche du soleil à ce jour, le vaisseau spatial ESA / NASA Solar Orbiter a trouvé des indices convaincants sur l'origine des basculements magnétiques et indique comment leur mécanisme de formation physique pourrait aider à accélérer le vent solaire.
Solar Orbiter a réalisé la toute première observation par télédétection compatible avec un phénomène magnétique appelé basculement solaire - des déviations soudaines et importantes du champ magnétique du vent solaire. La nouvelle observation fournit une vue complète de la structure, confirmant dans ce cas qu'elle a un caractère en forme de S, comme prévu. De plus, la perspective globale fournie par les données de Solar Orbiter indique que ces champs magnétiques en évolution rapide peuvent avoir leur origine près de la surface du soleil.
Alors qu'un certain nombre d'engins spatiaux ont déjà survolé ces régions déroutantes, les données in situ ne permettent une mesure qu'en un seul point et à un seul moment. Par conséquent, la structure et la forme du lacet doivent être déduites des propriétés du plasma et du champ magnétique mesurées en un point.
Lorsque les engins spatiaux germano-américains Helios 1 et 2 ont volé près du soleil au milieu des années 1970, les deux sondes ont enregistré des inversions soudaines du champ magnétique du soleil. Ces mystérieuses inversions étaient toujours brutales et toujours temporaires, durant de quelques secondes à plusieurs heures avant que le champ magnétique ne revienne dans sa direction d'origine.
Ces structures magnétiques ont également été sondées à des distances beaucoup plus grandes du soleil par le vaisseau spatial Ulysse à la fin des années 1990. Au lieu d'un tiers du rayon orbital de la Terre par rapport au soleil, où les missions Helios ont effectué leur passage le plus proche, Ulysse a opéré principalement au-delà de l'orbite terrestre.
Leur nombre a considérablement augmenté avec l'arrivée de la sonde solaire Parker de la NASA en 2018. Cela indique clairement que les inversions soudaines du champ magnétique sont plus nombreuses près du soleil, et a conduit à la suggestion qu'elles étaient causées par des plis en forme de S dans le champ magnétique. . Ce comportement déroutant a valu au phénomène le nom de lacets. Un certain nombre d'idées ont été proposées quant à la manière dont elles pourraient se former.
Le 25 mars 2022, Solar Orbiter n'était qu'à un jour d'un passage rapproché du soleil - le ramenant sur l'orbite de la planète Mercure - et son instrument Metis prenait des données. Metis bloque l'éblouissement lumineux de la surface du soleil et prend des photos de l'atmosphère extérieure du soleil, connue sous le nom de couronne. Les particules de la couronne sont chargées électriquement et suivent les lignes de champ magnétique du soleil dans l'espace. Les particules chargées électriquement elles-mêmes sont appelées un plasma.
Vers 20 h 39 TU, Metis a enregistré une image de la couronne solaire qui montrait un coude déformé en forme de S dans le plasma coronal. Pour Daniele Telloni, de l'Institut national d'astrophysique–Observatoire astrophysique de Turin, en Italie, cela ressemblait étrangement à un retour en arrière solaire.
Le soleil vu par le vaisseau spatial Solar Orbiter de l'ESA/NASA le 25 mars 2022, un jour avant son approche la plus proche d'environ 0,32 ua, qui l'a amené à l'intérieur de l'orbite de la planète Mercure. L'image centrale a été prise par l'instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI). L'image extérieure a été prise par le coronographe Metis, un instrument qui bloque la lumière vive de la surface du soleil afin de voir la faible atmosphère extérieure du soleil, connue sous le nom de couronne. L'image de Metis a été traitée pour faire ressortir les structures de la couronne. Cela a révélé le retour en arrière (la caractéristique blanche / bleu clair proéminente à environ 8 heures en bas à gauche). Il semble remonter à la région active à la surface du soleil, où des boucles de magnétisme ont traversé la surface du soleil. Crédit :ESA &NASA/Solar Orbiter/EUI &Metis Teams et D. Telloni et al. (2022)
En comparant l'image Metis, qui avait été prise en lumière visible, avec une image simultanée prise par l'instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI) de Solar Orbiter, il a vu que le retour en arrière candidat avait lieu au-dessus d'une région active cataloguée comme AR 12972. Les régions actives sont associés aux taches solaires et à l'activité magnétique. Une analyse plus approfondie des données de Metis a montré que la vitesse du plasma au-dessus de cette région était très lente, comme on pouvait s'y attendre d'une région active qui n'a pas encore libéré son énergie stockée.
Daniele a immédiatement pensé que cela ressemblait à un mécanisme générateur de lacets proposé par le professeur Gary Zank, Université de l'Alabama à Huntsville, États-Unis. La théorie examinait la façon dont différentes régions magnétiques près de la surface du soleil interagissent les unes avec les autres.
Près du soleil, et surtout au-dessus des régions actives, il existe des lignes de champ magnétique ouvertes et fermées. Les lignes fermées sont des boucles de magnétisme qui s'arquent dans l'atmosphère solaire avant de se courber et de disparaître dans le soleil. Très peu de plasma peut s'échapper dans l'espace au-dessus de ces lignes de champ et la vitesse du vent solaire a donc tendance à être lente ici. Les lignes de champ ouvertes sont l'inverse, elles émanent du soleil et se connectent au champ magnétique interplanétaire du système solaire. Ce sont des autoroutes magnétiques le long desquelles le plasma peut circuler librement et donner naissance au vent solaire rapide.
Daniele et Gary ont prouvé que les lacets se produisent lorsqu'il y a une interaction entre une région de lignes de champ ouvertes et une région de lignes de champ fermées. Au fur et à mesure que les lignes de champ se rassemblent, elles peuvent se reconnecter dans des configurations plus stables. Un peu comme faire claquer un fouet, cela libère de l'énergie et déclenche une perturbation en forme de S se déplaçant dans l'espace, qu'un vaisseau spatial qui passe enregistrerait comme un retour en arrière.
L'observation métisse du lacet est cohérente avec le mécanisme théorique solide pour la production de lacets magnétiques solaires proposé en 2020 par le professeur Gary Zank. L'observation clé était que le retour en arrière pouvait être vu émanant d'au-dessus d'une région solaire active. Cette séquence montre la chaîne d'événements que les chercheurs pensent avoir lieu. (a) Les régions actives du soleil peuvent présenter des lignes de champ magnétique ouvertes et fermées. Les lignes fermées s'arquent dans l'atmosphère solaire avant de se recourber vers le soleil. Les lignes de champ ouvertes se connectent au champ magnétique interplanétaire du système solaire. (b) Lorsqu'une région magnétique ouverte interagit avec une région fermée, les lignes de champ magnétique peuvent se reconnecter, créant une ligne de champ approximativement en forme de S et produisant une explosion d'énergie. (c) Lorsque la ligne de champ répond à la reconnexion et à la libération d'énergie, un coude se propage vers l'extérieur. C'est le retour en arrière. Un retour en arrière similaire est également envoyé dans la direction opposée, le long de la ligne de champ et vers le soleil. Crédit :Zank et al. (2020)
Selon Gary Zank, qui a proposé l'une des théories sur l'origine des lacets, "La première image de Métis que Daniele a montrée m'a suggéré presque immédiatement les caricatures que nous avions dessinées en développant le modèle mathématique d'un lacet. Bien sûr, le La première image n'était qu'un instantané et nous avons dû tempérer notre enthousiasme jusqu'à ce que nous ayons utilisé l'excellente couverture métisse pour extraire des informations temporelles et faire une analyse spectrale plus détaillée des images elles-mêmes. Les résultats se sont avérés absolument spectaculaires."
Avec une équipe d'autres chercheurs, ils ont construit un modèle informatique du comportement et ont découvert que leurs résultats ressemblaient de façon frappante à l'image de Metis, en particulier après avoir inclus des calculs sur l'allongement de la structure lors de sa propagation vers l'extérieur à travers la couronne solaire. .
"Je dirais que cette première image d'un retour magnétique dans la couronne solaire a révélé le mystère de leur origine", déclare Daniele, dont les résultats sont publiés dans un article dans The Astrophysical Journal Letters .
En comprenant les lacets, les physiciens solaires peuvent également faire un pas vers la compréhension des détails de la façon dont le vent solaire est accéléré et chauffé loin du soleil. En effet, lorsque les engins spatiaux traversent des lacets, ils enregistrent souvent une accélération localisée du vent solaire.
