Champ magnétique

Illustration de l'effet Zeeman

La figure de gauche est une image d'une tache solaire. La droite verticale indique la position de la fente du spectrographe ayant servi à sélectionner une partie du champ d'observation. La figure de droite montre le spectre obtenu. On trouve la longueur d'onde en abscisse (horizontalement), et des positions sur le Soleil en ordonnée (verticalement). La raie centrale (sodium) est séparée en deux parties dans la zone de pénombre, là où le champ magnétique est non nul.

Crédit : Kitt Peak Vacuum Telescope

En présence d'un champ magnétique, certaines raies spectrales se retrouvent subdivisées en plusieurs raies fines et elles sont polarisées. La polarisation d'une raie signifie que le champ électrique de l'onde oscille en décrivant des figures spécifiques : cercle, segment de droite ou ellipse. La polarisation est alors circulaire, linéaire ou elliptique respectivement. Ce phénomène s'appelle l'effet Zeeman.

Nous allons regarder un exemple restreint mais qui permet de comprendre comment les magnétogrammes sont obtenus.

Quand le champ magnétique est aligné avec la ligne de visée, la polarisation des ondes est circulaire. Les raies sont divisées en deux raies séparées de la longueur d'onde centrale $\lambda_0$ (celle en absence de champ magnétique) par :

$\Delta \lambda = 4,67.10^{-13}.g_{eff}\lambda^2.B$ où $\lambda$ est la longueur d'onde (exprimée en Angstroem - 1 A = 0,1 nm), B est l'intensité du champ magnétique (exprimé en Gauss) et $g_{eff}$ est appelé facteur de Landé. Ce facteur est caractéristique de la raie spectrale considérée.

La séparation est donc d'autant plus grande que :

la longueur d'onde est grande. Les raies infrarouges conduisent à une séparation spectrale plus grande que les raies dans le bleu ;
le champ magnétique est fort ;
le facteur de Landé est grand (la raie du fer à 6302.5 possède le plus grand facteur de Landé. Il vaut 2.5).

Nous avons vu qu'en observant plusieurs raies simultanément, on peut déduire des cartes de température, de densité, etc. en 3 dimensions. En couplant aussi des mesures de polarisation, on peut aussi dresser des cartes 3D du champ magnétique.