Des taches solaires peuvent être vues sur cette image de rayonnement solaire. Chaque tache solaire dure de quelques jours à quelques mois, et le nombre total culmine tous les 11 ans. Les taches plus foncées accompagnent des taches blanches brillantes, appelé facule, qui augmentent le rayonnement solaire global. Crédit :NASA/Goddard/SORCE
Pendant 400 ans, les gens ont suivi les taches solaires, les taches sombres qui apparaissent pendant des semaines à la surface du soleil. Ils ont observé mais n'ont pas pu expliquer pourquoi le nombre de taches culmine tous les 11 ans.
Une étude de l'Université de Washington publiée ce mois-ci dans la revue Physique des plasmas propose un modèle de mouvement du plasma qui expliquerait le cycle des taches solaires de 11 ans et plusieurs autres propriétés auparavant mystérieuses du soleil.
"Notre modèle est complètement différent d'une image normale du soleil, " a déclaré le premier auteur Thomas Jarboe, un professeur UW d'aéronautique et d'astronautique. "Je pense vraiment que nous sommes les premiers à vous expliquer la nature et la source des phénomènes magnétiques solaires – comment fonctionne le soleil."
Les auteurs ont créé un modèle basé sur leurs travaux antérieurs avec la recherche sur l'énergie de fusion. Le modèle montre qu'une fine couche sous la surface du soleil est la clé de nombreuses caractéristiques que nous voyons de la Terre, comme les taches solaires, inversions magnétiques et flux solaire, et est étayé par des comparaisons avec des observations du soleil.
"Les données d'observation sont essentielles pour confirmer notre image du fonctionnement du soleil, " a déclaré Jarboe.
Dans le nouveau modèle, une fine couche de flux magnétique et de plasma, ou des électrons flottants, se déplace à des vitesses différentes sur différentes parties du soleil. La différence de vitesse entre les flux crée des torsions de magnétisme, connu sous le nom d'hélicité magnétique, qui sont similaires à ce qui se passe dans certains concepts de réacteurs à fusion.
Le "diagramme papillon" montre que l'activité des taches solaires commence plus loin de l'équateur solaire et se déplace progressivement vers le centre. Le cycle se répète tous les 11 ans. Crédit :Hathaway 2019/solarcyclescience.com
"Tous les 11 ans, le soleil fait pousser cette couche jusqu'à ce qu'elle soit trop grosse pour être stable, et puis ça s'effondre, " a déclaré Jarboe. Son départ expose la couche inférieure de plasma se déplaçant dans la direction opposée avec un champ magnétique inversé.
Lorsque les circuits des deux hémisphères se déplacent à la même vitesse, plus de taches solaires apparaissent. Lorsque les circuits sont à des vitesses différentes, il y a moins d'activité des taches solaires. Ce décalage, Jarboe dit, s'est peut-être produit pendant les décennies de faible activité des taches solaires connues sous le nom de « minimum de Maunder ».
"Si les deux hémisphères tournent à des vitesses différentes, alors les taches solaires près de l'équateur ne correspondront pas, et tout mourra, " a déclaré Jarboe.
"Les scientifiques pensaient qu'une tache solaire était générée à 30 pour cent de la profondeur du soleil, et puis est venu dans une corde torsadée de plasma qui sort, " dit Jarboe. Au lieu de cela, son modèle montre que les taches solaires se trouvent dans les "supergranules" qui se forment à l'intérieur du mince, couche souterraine de plasma que l'étude calcule comme ayant une épaisseur d'environ 100 à 300 miles (150 à 450 kilomètres), ou une fraction des 430 du soleil, rayon de 000 milles.
"La tache solaire est une chose incroyable. Il n'y a rien là-bas, et puis tout d'un coup, vous le voyez en un éclair, " a déclaré Jarboe.
Dans le modèle présenté dans le nouveau document, la ligne rouge montre le flux d'électrons, ou plasma, et la ligne jaune montre la surface du soleil. Le X entouré d'un cercle indique le champ magnétique, avec le champ électromagnétique le plus élevé près de l'équateur du soleil. Au fil du temps, le champ électromagnétique s'use à la surface et la couche externe de rouge se détache dans l'espace, exposer la couche interne qui s'écoule dans la direction opposée. Crédit :Jarboe et al./ Physique des plasmas
Les recherches précédentes du groupe ont porté sur les réacteurs de puissance à fusion, qui utilisent des températures très élevées similaires à celles du soleil pour séparer les noyaux d'hydrogène de leurs électrons. Dans le soleil comme dans les réacteurs à fusion, les noyaux de deux atomes d'hydrogène fusionnent, libérant d'énormes quantités d'énergie.
Le type de réacteur sur lequel Jarboe s'est concentré, un spheromak, contient le plasma d'électrons dans une sphère qui l'amène à s'auto-organiser en certains modèles. Quand Jarboe a commencé à considérer le soleil, il a vu des similitudes, et a créé un modèle pour ce qui pourrait se passer dans le corps céleste.
"Depuis 100 ans, les gens font des recherches sur ce sujet, " a déclaré Jarboe. " La plupart des fonctionnalités que nous voyons sont inférieures à la résolution des modèles, nous ne pouvons donc les trouver que dans les calculs."
D'autres propriétés expliquées par la théorie, il a dit, inclure le flux à l'intérieur du soleil, l'action de torsion qui conduit aux taches solaires et la structure magnétique totale du soleil. Le document est susceptible de provoquer une discussion intense, dit Jarboe.
"J'espère que les scientifiques examineront leurs données sous un nouveau jour, et les chercheurs qui ont travaillé toute leur vie pour recueillir ces données auront un nouvel outil pour comprendre ce que tout cela signifie, " il a dit.
