IntroductionNous avons déjà vu quelques exemples de signature du champ magnétique solaire dans le chapitre décrivant le Soleil. Rappelons les principaux, au niveau de :
L'origine du champ magnétique solaire n'est pas complètement comprise. Cependant, la théorie de la dynamo solaire est le mécanisme actuellement le plus accepté.
En raison de la rotation rigide de la zone radiative et de la rotation différentielle de la zone convective, les vitesses varient rapidement à l'interface entre les deux régions. Cette zone particulière est appelée la tachocline.
La faible épaisseur de la tachocline implique la présence d'une forte turbulence et de champs magnétiques horizontaux importants. Cela crée des conditions favorables à l'efficacité du mécanisme dynamo dont l'existence est indispensable pour expliquer l'amplitude du champ magnétique solaire et ses variations cycliques. Pour résumer, le champ magnétique est induit par la rotation interne du gaz conducteur de courant électrique.
En savoir plusUne dynamo est une machine qui convertit de l’énergie mécanique en électricité. Les dynamos sont largement utilisées dans les centrales électriques et également pour produire l’électricité des bicyclettes.
Comment ça marche ?
L’effet dynamo est basé sur la loi de Faraday qui dit que des particules en mouvement (énergie mécanique) dans un champ magnétique engendrent un courant électrique (énergie électrique).
L’effet dynamo sur le Soleil est un peu plus complexe en l’absence de champ magnétique initial (c’est cela que l'on essaie de générer !). Il faut faire appel à une loi de plus : la loi d’Ampère qui dit que des particules chargées en mouvement (autrement dit un courant) engendrent un champ magnétique.
Le Soleil est un plasma. En particulier dans la tachocline, les particules en mouvement vont être soumises aux lois d’Ampère et de Faraday qui peuvent se résumer ainsi :
Courant → Champ magnétique → Champ électrique → Courant
Et voilà, le tour est joué ! Il s’agit ici des grandes lignes. L’écoulement des particules doit avoir des propriétés particulières pour que l’effet dynamo fonctionne correctement. Mais cela sort largement du cadre de ce cours.
Le mécanisme de dynamo est compliqué du fait de la rotation différentielle du Soleil. Sans rentrer dans les détails, le film de cette page montre l’évolution du champ magnétique solaire sous l’influence de la rotation du Soleil.
La dynamo solaire serait à l’origine du champ magnétique du Soleil, à grande échelle. Cependant, d’autres dynamos pourraient avoir lieu plus près de la surface du Soleil et expliqueraient la présence des petits tubes de flux magnétiques que l’on observe entre les granules de la photosphère. Cette question reste néanmoins encore ouverte.
Les taches solaires, les boucles coronales, les protubérances sont le signe de la présence de champ magnétique. Mais pour comprendre les mécanismes physiques qui gouvernent l’évolution de ces structures, il est aussi intéressant de connaître la polarité (l’orientation nord ou sud) ainsi que l’intensité du champ dans ces régions.
Un magnétogramme est une carte du Soleil montrant l’orientation (la polarité) des lignes de champ magnétique. Généralement, il s’agit juste de la composante dirigée selon la ligne de visée (direction Soleil-observateur), autrement appelée composante longitudinale.
La figure ci-contre présente une observation de la photosphère obtenue le 13/05/2005. Elle montre la présence de différents groupes de taches solaires (identifiés par leur index international NOAA). La grille de coordonnées héliographiques (voir la section suivante) a été ajoutée pour repérer plus facilement les structures.
La deuxième image indique l’orientation (la polarité) des lignes de champ magnétique. Les zones noires représentent des régions où le champ magnétique s’éloigne de l’observateur (polarité négative). Dans les zones blanches, les lignes de champ magnétique pointent vers l’observateur (polarité positive). Les zones grisées sont des régions de champ magnétique d’intensité faible. En effet, dans les taches, le champ magnétique peut atteindre quelques milliers de Gauss (1 Gauss = 10-4 Tesla), tandis qu’en dehors de ces régions (et hors petits tubes de flux) il est de l’ordre de 10 Gauss.
Un autre point est remarquable : les taches de tête (les plus à l’ouest, c’est-à-dire à droite sur le magnétogramme) sont d’une polarité dans un hémisphère (positive dans l’hémisphère nord dans le cas présenté) et de l’autre polarité dans l’autre hémisphère (négative dans l’hémisphère sud). Ces orientations se maintiennent pendant 11 ans et s'inversent au cycle suivant.
Les taches et groupes de taches sont soumis à l’orientation globale de champ magnétique solaire, mais se comportent aussi comme si un aimant était placé juste sous la surface. Nous avons maintenant les éléments suffisants pour comprendre le cycle solaire et l’activité solaire (tout du moins dans la mesure des connaissances actuelles …).