Tornades solaires : les scientifiques avaient tout faux !

On s’accorde généralement à faire de Galilée le découvreur des taches solaires. L’observation du Soleil se poursuivant, les astrophysiciens vont ensuite se concentrer sur les observations de la couronne solaire que l’on pouvait voir lors des éclipses et aussi sur l’étude du spectre solaire au cours du XIX^e siècle, grâce à la découverte de la spectroscopie des éléments, développée par les physiciens Joseph von Fraunhofer, Gustav Kirchhoff et le chimiste Robert Bunsen.

L’étude de la couronne et des protubérances solaires va faire un bond en 1931, lorsque l’astronome et opticien français Bernard Lyot va commencer ses observations au Pic du Midi avec le tout nouvel instrument qu’il vient de concevoir : le coronographe. Il va notamment en tirer des films impressionnants montrant les éruptions solaires en accéléré. Parallèlement, la théorie progresse avec les développements des modèles de structure interne et d’atmosphère du Soleil, en particulier sous l’impulsion de Chandrasekhar.

Des observatoires pour une météorologie solaire

Les observations du Soleil depuis l’espace vont se mettre en place et se développer au cours des années 1960 et 1970 en complément des observations que l’on peut mener au sol. Des années 1990 aux années 2000, des missions marquantes auront lieu dont les noms sont célèbres, Soho, SDO et Hinode.

Indépendamment d’une pure quête de la connaissance, l’autre objectif des missions spatiales d’étude du Soleil est d’aboutir un jour à une météorologie solaire performante permettant de prédire les colères de notre étoile ou pour le moins en les annonçant quand elles débutent. Ces tempêtes sont en effet susceptibles de perturber sérieusement notre civilisation, de plus en plus dépendante des satellites autour de la Terre et de l’électronique, des technologies vulnérables à l’occurrence d’électrons tueurs et de surtensions provoquées par induction lors des tempêtes magnétiques.

Comme sous-produits de ces programmes de recherche, une équipe de chercheurs européens vient d’annoncer à la conférence European Week of Astronomy and Space Science (EWASS) à Liverpool que les observations de SDO, Hinode et Iris dans l’espace, conjointement avec celles recueillies depuis plusieurs années au sol, à la Tour solaire de l’Observatoire de Paris et avec le télescope solaire Thémis de l’Observatoire du Teide, avaient conduit à une étonnante remise en cause.

Les tornades solaires découvertes depuis le début du XX^e siècle dans la couronne solaire… n’en sont pas !

C’est ce que plusieurs de ces chercheurs ont commencé à expliquer depuis l’année dernière dans plusieurs publications sur arXiv.

Les tornades solaires, un effet de perspective illusoire

Les images obtenues depuis des décennies semblaient pourtant bien montrer des structures de plasma en rotation rappelant les tornades sur Terre mais dont les tailles correspondaient à plusieurs diamètres terrestres.

Mais cherchant à les connaître avec plus de précisions, les astrophysiciens ont multiplié les mesures de vitesses par effet Doppler dans ces structures, ainsi que les estimations des températures et des densités. Cela leur a permis de les cartographier et d’obtenir une représentation en 3D du champ de vitesses associées. Et là surprise ! Pas de rotation ! Il ne s’agissait pas de tourbillons de plasma mais bien une classe de simples protubérances solaires désormais rebaptisées « protubérances en tornade ».

« Nous voyons qu’en dépit de l’apparence verticale des tornades et des protubérances au bord du Soleil, le champ magnétique qui les soutient n’est pas vertical, comme il semblait, mais horizontal, parallèle au bord du Soleil. Leur apparente verticalité est un effet dû à la projection de toutes les structures sur le plan du ciel », explique Nicolas Labrosse, chercheur à l’université de Glasgow (School of Physics and Astronomy), dans un communiqué du CNRS.

« Cet effet est similaire aux traînées d’un avion laissées dans le ciel. Si l’avion vole toujours à la même altitude, sa traînée semble s’interrompre sur la ligne d’horizon. Cela ne veut pas pour autant dire que l’avion s’est écrasé au sol », précise également dans ce communiqué Arturo López Ariste, chercheur CNRS à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (université de Toulouse).

« Ces protubérances-tornades peuvent être stables pendant plusieurs jours et mois, avant d’exploser et de provoquer des éjections de masse coronale dont les conséquences dans l’environnement terrestre sont connues au titre de la météorologie spatiale. Elles peuvent entraîner des perturbations dans les centrales électriques, les satellites et les réseaux de communications sur Terre », ajoute  Brigitte Schmieder, astronome de l’Observatoire de Paris – PSL.

Ce qu’il faut retenir

• L’étude de l’atmosphère solaire, en particulier de sa couronne, a bien progressé depuis les travaux de pionnier de l’astronome français Bernard Lyot dans les années 1930 avec son coronographe.
• Les données fournies par les instruments modernes ont permis de reconstituer en 3D le champ de vitesses des tornades solaires.
• Bilan étonnant, ces colonnes de plasma ne sont en fait pas en rotation et ne sont que des cas particuliers de protubérances solaires classiques transformées en tornades par un effet de perspective.

En vidéo : une tornade à la surface du Soleil !

Article de Rémy Decourt publié le 01/04/2012

Le télescope spatial SDO a filmé une tornade solaire qui surprend par sa taille, sa vitesse et les températures qu’atteignent les gaz en tourbillon. Cette vidéo a été présentée à l’occasion du National Astronomy Meeting 2012.

Deux chercheurs de l’université d’Aberystwyth au pays de Galles ont profité des Rencontres astronomiques 2012 de la Société royale d’astronomie en partenariat avec la Société d’astronomie allemande Astronomische Gesellschaft pour présenter un film de la surface du Soleil montrant un gigantesque tourbillon de plasma prenant la forme d’une tornade.

Photographiée le 25 septembre 2011 par un des trois instruments de SDO (Solar Dynamics Observatory), l’image montre des gaz chauffés à des températures atteignant plus de 2 millions de kelvins. Lancée en février 2010, SDO est la première mission du programme Vivre avec une étoile de la Nasa qui vise à clarifier le rôle du Soleil sur le climat de la Planète et son incidence sur les satellites et l’activité humaine en orbite.

Une tornade solaire haute de 100.000 kilomètres

Comme l’explique Xing Li (université d’Aberystwyth), présentant le travail de son équipe, loin d’être un cas isolé, cette tornade est « générée par les variations du champ magnétique du Soleil lors de violentes éruptions dans la couronne solaire, appelée des éjections de masse coronales ».

Haute de plus de 100.000 kilomètres, cette tornade est suffisamment grande pour englober cinq planètes comme la Terre ! Elle a parcouru une distance de 200.000 kilomètres sur la surface du Soleil en 3 heures environ. À l’intérieur, la vitesse des gaz peut atteindre les 300.000 kilomètres par heure, à comparer aux 250 km/h que peuvent atteindre les vents des tornades terrestres.

Si ce n’est pas la première fois que l’on observe ces phénomènes solaires, c’est la première fois que l’on obtient des images avec de tels niveaux de détail et de résolution.

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