Les premières images du pôle sud du Soleil bouleversent notre compréhension de son champ magnétique
La sonde européenne Solar Orbiter a observé ce qu’aucun instrument n’avait pu contempler avant elle : le pôle sud de notre étoile. Or les images montrent que dans les régions polaires, le champ magnétique se comporte de manière très différente de ce que les scientifiques imaginaient.
(Image : Le réseau magnétique au niveau du pôle sud du Soleil, reconstitué à partir des images prises par la sonde européenne Solar Orbiter.)
Au printemps 2024, la sonde Solar Orbiter de l’Agence spatiale européenne (ESA) réalisait un exploit. Aucun observatoire terrestre ou spatial n’avait pu contempler, jusqu’ici, les plus hautes latitudes de notre étoile. Mais l’engin de 1800 kg conçu par Airbus Defense and Space photographiait alors le pôle sud du Soleil, obtenant ainsi "les premières images d’un pôle solaire jamais réalisées par l’humanité", se félicitait l’astrophysicienne britannique Carole Mundell, directrice de la science à l’ESA.
Les premières analyses viennent d’être publiées dans la revue The Astrophysical Journal Letters. Elles dévoilent des résultats totalement inattendus sur les propriétés du champ magnétique au niveau des pôles, qui sont elles-mêmes essentielles "pour mieux comprendre les cycles d’activité de notre étoile", soulignent les auteurs de l’étude.
Plasma de particules chargées
Tel est l’un des objectifs affichés de la mission Solar Orbiter lancée en 2020 pour un coût total de 1,5 milliard d’euros : observer les phénomènes à l’œuvre aux latitudes supérieures à 60° afin d’avoir une meilleure compréhension du champ magnétique du Soleil, et ce faisant des variations de son activité (taches solaires, éruptions, émissions de particules énergétiques pouvant affecter les infrastructures terrestres…) sur des périodes d’environ onze ans.
Car l’activité du Soleil est régie essentiellement par son champ magnétique. Notre astre est constitué en effet d’un plasma de particules électriquement chargées (protons et électrons) qui, en s’agitant dans les profondeurs de l’astre, créent des lignes de champ magnétique.
Boucles magnétiques
En période calme, celles-ci sont bien organisées, comme autour d’un aimant : elles vont d’une région polaire à une autre où se situent les pôles magnétiques nord et sud. Mais en raison de la structure en couche du Soleil et de sa rotation, les lignes se distordent peu à peu.
Elles finissent par former des boucles qui percent la surface du Soleil, engendrant ainsi les fameuses taches sombres. Or ces boucles peuvent "craquer" lorsqu’elles sont trop pleines. Elles produisent alors des flash lumineux de haute énergie (rayons X, UV, etc.), des particules très énergétiques et parfois aussi d’immenses jets de matière appelés "éjections de masse coronale" pouvant atteindre la Terre au bout de quelques jours de voyage.
Assistance gravitationnelle de Vénus
"Pour expliquer les cycles magnétiques du Soleil, il nous manquait encore la connaissance de ce qui se passe dans les régions polaires. Et Solar Orbiter apporte la pièce manquante du puzzle", se réjouit l’astronome Sami Solanki, directeur de l’institut allemand Max-Planck pour les recherches sur le Système solaire et coauteur des analyses sur les images du pôle sud.
Pour accéder à ce qu’aucune sonde spatiale n’a pu visualiser avant elle, la sonde européenne a effectué une série de manœuvres d’assistance gravitationnelle en passant à proximité de Vénus. Son orbite s’est inclinée ainsi peu à peu par rapport au plan équatorial du Soleil, jusqu’à atteindre en mars 2025 un angle de 17°. De quoi réaliser, huit jours durant, grâce aux instruments PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) et EUI (Extreme Ultraviolet Imager) de Solar Orbiter, des photographies inédites du pôle sud à quelque 40 millions de kilomètres de notre étoile (soit environ un quart de la distance Terre-Soleil).
Traceurs naturels
Depuis cette position inédite, Solar Orbiter a observé les "supergranules" qui se forment sur la surface de l’étoile : de gigantesques cellules de convection deux à trois fois plus larges que le diamètre de la Terre où le plasma bouillonnant monte dans les parties centrales, puis s’écoule horizontalement avant de redescendre dans les profondeurs au niveau des bords.
Or en mettant en mouvement le plasma, ces structures déplacent aussi le champ magnétique qu’elles organisent ainsi à la surface du Soleil. "Les supergranules des pôles agissent comme des traceurs naturels, indique Lakshmi Pradeep Chitta, lui aussi chercheur à l’institut Max-Planck. Elles rendent visible, pour la première fois, la composante polaire de la circulation globale du Soleil dans ses cycles de onze ans."
Vitesse de déplacement
L’équipe allemande a pu mesurer ainsi, de façon très précise, la vitesse de déplacement des supergranules en direction du pôle sud. Or celle-ci est comprise entre 10 et 20 mètres par secondes selon les structures étudiées. Soit une vitesse presque aussi importante que ce qui est observé à l’équateur… et qui est bien plus rapide que ce que tous les modèles théoriques prévoyaient !
Ces mesures, qui seront incorporées dans les futures modélisations, permettront de mieux comprendre et prédire l’évolution du champ magnétique et par conséquent les humeurs de notre étoile. Sans compter que d’ici à la fin des années 2020, Solar Orbiter inclinera encore plus son orbite, jusqu’à 30 voire 33°, ce qui permettra d’obtenir des images encore plus précises des pôles magnétiques du Soleil.