Le Soleil en rayons X

écrit en collaboration avec le Dr David H. Hathaway, NASA-MSFC

Les missions spatiales Skylab, SOHO, Yohkoh et autre TRACE ont révélé un tout autre Soleil en rayons X. Dans ce rayonnement, la "lumière" ne dépend plus de façon linéaire du nombre d'électrons émis, mais varie avec le carré du nombre d'électrons. Les émissions brillantes seront donc plus intenses que dans le spectre visible. Ce rayonnement intense provient de la couronne en raison de sa haute température dépassant le million de degrés qui excite fortement les gaz.

Dans le rayonnement X la surface du Soleil présente des zones brillantes et sombres ainsi que des régions obscures appelées “trous coronaux”. Les éruptions sont très intenses. Une étroite corrélation pu être établie entre les régions brillantes, les régions actives bipolaires et les taches de la photosphère. Il est donc très utile de réaliser des clichés en Ha et des magnétogrammes et de les comparer aux clichés en rayons X. On découvre ainsi que toutes les régions de polarités opposées sont reliées en rayons X par des structures en forme de boucles.  

Hydrogène alpha

Magnétogramme à 854.2 nm

Ces images du Soleil réalisées le 3 et 4 août 2000 permettent aux spécialistes de mettre en corrélation l'intensité des champs magnétiques et l'activité des régions actives sur toute l'étendue du spectre. Ces études permettent de vérifier la cohérence des modèles numériques et d'améliorer les prévisions tant celles de l'activité solaire à proprement dite que ses interactions avec le milieu interplanétaire. Documents Big Bear Solar Observatory, NSO/Sacramento, Yohkoh et Nobeyama.

Rayons X

17 GHz

Les régions coronales actives

Observé en rayons X la couronne apparaît tachées de zones très brillantes. Elles consistent en des structures en forme de boucles légèrement plus chaudes et beaucoup plus denses que la couronne moyenne. Leur champ magnétique est d'environ 100 gauss et est orienté vers l'intérieur du Soleil plutôt que vers l'extérieur comme dans les trous coronaux. Entre ces deux extrêmes se situe les régions mal définies des zones calmes de la couronne.

Lorsqu'on observe la surface du Soleil en rayons X lors des périodes calmes de son activité, on constate que celle-ci est couverte de façon homogène par des arches peu denses et diffus qui semblent obéir à des structures magnétiques à grande échelle, indépendantes des régions actives. La surface du Soleil peut également être couverte de nombreux points brillants qui apparaissent puis s'évanouissent en quelques heures. Ils sont associés à des champs magnétiques bipolaires ponctuels très intenses qui créent une multitude de petites régions actives éphémères. La distribution de ces points est uniforme ce qui laisse à penser qu'ils ont une origine différente des taches et des éruptions.

Le satellite japonais Yohkoh confirma en 1995 que le rayonnement X de la couronne solaire suivait également les fluctuations du cycle de 11 ans. Photographiée deux ans avant le minimum de 1997, la couronne solaire s’était déjà assombrie d’un facteur 30 par rapport à 1992.

Séquence montrant l'évolution de l'activité du Soleil en rayons X durant les 11 années du cycle des taches. Document NASA-MSFC.

Les trous coronaux

Les trous coronaux[1], sortes de cavités obscures, sont présents en permanence autour des deux pôles du Soleil tandis que d'autres se dispersent sur le disque et descendent même jusqu'à l'équateur. Ces régions moins brillantes sont en fait légèrement plus froides et présentent une plus faible densité que la couronne moyenne et sont donc moins émissives que le reste de la surface avec un champ magnétique moyen de 10 gauss. Les trous coronaux ont un champ magnétique dit ouvert (l'aiguille d'une boussole indique toujours la même direction où que l'on se trouve) et tournent autour du Soleil tel un corps solide, conforme en cela à leur origine magnétique. Ces trous coronaux disparaissent au bout de quelques semaines. Ne pouvant soutenir la pression coronale, cette perte d'énergie doit être équilibrée par une autre force : les trous coronaux offrent en effet la particularité de générer le “vent solaire”, dans lequel on retrouve l’énergie cinétique manquante. 

Les trous coronaux en rayons X

A gauche une image prise par les cosmonautes de Skylab en 1974 révèle les centres actifs (blanc) et les trous coronaux près des pôles. A droite un cliché pris par le satellite Yohkoh le 8 mai 1992. Cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Ce vent solaire est constitué d'un flux d'atomes d'hydrogène chargés électriquement éjectés dans l’espace à plusieurs centaines de kilomètres par seconde par les éruptions chromosphériques. Les satellites d’observation ont découvert que la vitesse du vent solaire était deux fois plus élevée au-dessus des trous coronaux qu’ailleurs sur le limbe solaire. Le vent solaire constitue avec le champ magnétique les deux composantes de l’héliosphère sur laquelle nous nous attarderons dans une autre page.

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[1] S.Hawley et al., Science, 271, 1996, p464.


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