Début d’explication de la chaleur du soleil

On sait pertinemment que le soleil est chaud. Mais pour les scientifiques, la question est de savoir pourquoi il est si chaud ? Une étude du CNRS pourrait donner un début d’explication.

Avec ses 6 000 °C à sa surface, le soleil est chaud. Mais cette température n’est rien par rapport au million de degrés à plus de 4 000 kilomètres d’altitude, des chaleurs dantesques qui se retrouvent sur les dizaines de milliers de kilomètres de ce qui est appelé la couronne solaire.

Pour comprendre ce phénomène que les scientifiques tentent de comprendre, cela revient à dire qu’il fait plus chaud au-dessus d’une casserole d’eau bouillante qu’à l’intérieur…

Cela fait de nombreuses années que cette question taraude l’esprit des physiciens. Certains considérant que la chaleur vient d’en bas alors que d’autres pensent que des sources sont localisées dans la couronne.

Tahar Amari, directeur de recherche au CNRS au Centre de physique théorique de l’École Polytechnique, et deux collègues, Jean-François Luciani et Jean-Jacques Aly, ont peut-être trouvé un début d’explication à ce phénomène. Comme ils l’expliquent dans la revue Nature, « Le débat se polarise entre ceux qui pensent que la chaleur vient d’en bas et ceux qui pensent que les sources sont localisées dans la couronne. Notre modèle ne penche ni pour les uns ni pour les autres, mais pour les deux à la fois ».

Pour générer de telles températures, les sources de chaleur doivent être très puissantes. Les fameuses éruptions solaires, plus puissantes que des dizaines de millions de bombes atomiques, peuvent y contribuer, comme les « embrillancements », ces sortes de flashes lumineux intermittents, mais aussi les ondes de matière qui peuvent aussi échauffer les atomes, sans oublier les tornades magnétiques aux pieds de la couronne.

Si les phénomènes ne manquent pas pour expliquer cette chaleur, il est pour l’instant impossible de connaitre leur origine ni quantifier leur effet sur le chauffage du soleil. Dans tous les cas, un ingrédient s’avère important : le champ magnétique émis par le Soleil.

Alors que les lignes champ de la Terre sortent d’un pôle pour entrer par l’autre, ce n’est pas le cas du soleil où les lignes de champ magnétique se tordent, forment des tresses, repiquent vers l’étoile, en ressortent en de multiples endroits… tels des spaghettis. Cette topologie contribue à agiter la matière, ce qui conduit à son échauffement. C’est donc ce champ magnétique que les scientifiques du CNRS ont modélisé.

Alors que reproduire le champ complet d’un astre si gros est impossible, les chercheurs se sont focalisés sur le magnétisme induit par une couche superficielle de la surface solaire, de quelque 1 500 kilomètres de profondeur, constituée d’hydrogène et d’hélium. Ensuite, ils ont décrit le comportement de ce champ à travers les couches supérieures. C’est ainsi qu’ils ont abouti à des lignes de champ qui forment des sortes de « racines d’une mangrove ».

Au final, comme l’indique Tahar Amari, cette modélisation explique les 4 500 watts par mètre carré observés. Par contre, cela ne suffit pas à chauffer assez la couronne.

Les chercheurs ont alors ajouté le champ magnétique qui domine à haute altitude. « Ces lignes verticales forment alors comme des troncs d’arbres que le brouhaha de la mangrove secoue plus bas. Cela dissipe aussi de l’énergie et augmente la température », explique Tahar Amari, ce qui ajoute les watts qui manquaient.

« Ce travail de simulation est impressionnant. À ma connaissance, personne n’avait montré que des mini-éruptions dans la chromosphère pouvaient être engendrées par une dynamo à la surface du soleil », souligne James Klimchuk, du centre Goddard de la NASA.

Bien que ce travail soit une avancée dans la compréhension de la chaleur du soleil, le modèle n’est pas parfait. En effet, les chercheurs se sont concentrés que sur les régions « calmes », sans taches solaires. « Il convient de regarder en détail ces travaux, car le problème est très complexe », fait remarquer James Klimchuk. Une chose est certaine, ce travail peut servir de base pour d’autres travaux.