LE FONCTIONNEMENT
DU SOLEIL
|
1 - L'étoile Soleil
I. Introduction
Le Soleil, qui est la source de la vie sur Terre et qui la rythme depuis
son origine, est certainement l'astre qui a été le plus observé
depuis l'apparition de l'Homme. Il n'empêche que sa complexité
est telle que les scientifiques sont encore loin de tout comprendre de
son comportement. Malgré la place privilégiée qu'il
occupe auprès de nous, le Soleil n'est, malgré tout, qu'une
étoile banale parmi tant d'autres ; mais la seule que l'on voit
de près et que l'on puisse étudier avec assez de précision.
1. Le Soleil en chiffres
- Distance Terre-Soleil : environ 150 millions de kilomètres
- Diamètre : environ 1,4 million de kilomètres (Terre
= 12 700 km)
- Masse : environ 2 .1030 kg (Terre = 6 . 1024
kg)
- Masse volumique : 1,41 g/cm3 (eau = 1 g/cm3,
Terre = 5,5 g/cm3)
- Puissance rayonnée par le Soleil : 4 . 1023 kW
- Energie solaire reçue par la Terre : 1353 J/m2/s
- Température au centre du Soleil : environ 14 millions de Kelvins
(0 K = -273,15 °C)
- Température de la " surface " du Soleil : environ 5 800 K
- Composition : hydrogène (94 %), hélium (6 %), et des
traces d'oxygène, de carbone, d'azote, de silicium, de néon,
de fer et de soufre essentiellement ; mais tous les atomes sont présents.
2. L'étude du Soleil
2.1. Historique
La première estimation (fausse) de la distance de la Terre au
Soleil fut faite par Aristarque, au IIe siècle av. J.C. ; il trouva environ 20 fois la distance Terre-Lune (en réalité,
390 fois). Mais le premier résultat valable fut obtenu en 1671 par
Jean Richer et Jean-Dominique Cassini, à l'observatoire de Paris.
Aristarque fut également le premier à estimer le diamètre
solaire trouvant 5 à 10 fois celui de la Terre (contre environ 100
fois, en réalité).
C'est grâce à Newton, au XVIIe siècle,
que l'on put vraiment estimer la masse du Soleil.
Les taches solaires ont été mises en évidence par
Fabricius, en 1611, Scheiner en 1612 et Galilée en 1613, ce dernier
d'après des observations qu'il aurait effectuées en 1610,
où il avait projeté l'image du Soleil au travers de sa lunette
sur une feuille blanche, comme ses contemporains.
En 1672, Isaac Newton décomposa la lumière solaire au
travers d'un prisme et obtint pour la première fois le spectre solaire.
Le premier spectre complet de raies d'absorption du Soleil (signatures
des éléments chimiques qui le composent) fut réalisé
en 1814 par Franhofer, ce qui marque le début réel de l'astrophysique.
2.2. Les outils d'observation
A l'origine, les observations du Soleil s'effectuèrent sans instrument,
ou au moyen de lunettes, depuis l'époque de Galilée. Il s'agit
donc de la lumière visible du Soleil ; mais celui-ci émet
un spectre qui s'étend au delà du visible : rayons gamma
(g), rayons X, ultraviolet
(UV) (après l'extrémité violette de l'arc-en-ciel),
infrarouge (au delà du rouge de l'arc-en-ciel), et ondes radio.
Chaque " tranche " de longueur d'onde nécessite son propre type
d'instruments d'observation plus ou moins complexes.
L'atmosphère de la Terre absorbe cependant une grande partie
du rayonnement solaire, et seules certaines bandes de longueur d'onde parviennent
au sol. Il s'agit, bien sûr de la lumière visible, jusqu'à
une partie des longueurs d'onde radio.
Les outils d'observation du Soleil depuis le sol dans le domaine radio
sont des radiotélescopes. Ce sont de grandes antennes braquées
vers le ciel, dont l'invention ne date que des années cinquante,
comme le radiohéliographe de Nançay, en Sologne. Pour ce
qui est du domaine visible, deux types d'instruments coexistent principalement
:
- des télescopes solaires avec spectrographe, comme au Pic du
Midi de Bigorre, comme la Tour Solaire de l'observatoire de Meudon, ou
le télescope franco-italien THEMIS, aux Canaries, permettant de
faire des images du Soleil, ou de décomposer sa lumière pour
en obtenir le spectre
- des coronographes, comme au Pic du Midi de Bigorre, qui, s'ils fonctionnent
sur le principe de la lunette astronomique, ont la particularité
d'occulter le disque solaire pour dévoiler ainsi la couronne du
Soleil dont la lumière est masquée normalement par la trop
forte luminosité de la surface. Le premier coronographe fut inventé
en 1930 par le français Bernard Lyot.
Quant aux autres longueurs d'ondes non observables depuis le sol, ce
sont des instruments - souvent de type télescope - embarqués
à bord de satellites ou de ballons-sondes envoyés au dessus
de l'atmosphère terrestre qui se chargent des observations. C'est
par exemple le cas du satellite américano-européen SOHO,
chargé d'une batterie de télescopes et de coronographes observant
le Soleil dans les longueurs d'ondes ultraviolettes ; ou du satellite japonais
YOHKOH qui donne des images du Soleil en rayons X.
2.3. La modélisation
Le travail de compréhension de la structure du Soleil passe par
la capacité de reproduire les observations faites, au moyen de lois
de la physique. Des représentations physiques et mathématiques,
grâce à de puissants ordinateurs, permettent de simuler ce
qui se passe dans l'atmosphère du Soleil. La confrontation de ces
simulations et des modèles élaborés avec l'observation
permet de tester la justesse de notre compréhension de l'astre diurne.
II. Le Soleil
Le Soleil, comme toute étoile, est une boule de gaz émettant
sa propre lumière. Ce gaz, très dense au coeur du Soleil,
devient très ténu à mesure que l'on s'en éloigne.
On peut cependant séparer cet astre en couches successives, comme
des pelures d'oignon, dont chacune joue un rôle particulier. Déjà,
deux parties peuvent être isolées : les couches que l'on peut
" voir " (le mot " voir " étant utilisé dans le sens " avec
un télescope, quelle que soit la longueur d'onde), et celles que
l'on ne peut pas " voir ". Cela permet de définir une sorte de "
surface " arbitraire, et donc un intérieur et un extérieur.
1. L'intérieur
Bien que le Soleil soit une boule de gaz sans réelle surface,
nous utilisons ce mot pour désigner la partie du Soleil dont le
rayonnement ne nous parvient pas directement.
1.1. Réactions nucléaires
Le Soleil est une étoile. Cela signifie qu'il émet sa
propre lumière (contrairement à une planète comme
la Terre, qui réfléchit simplement une grande partie de la
lumière solaire). D'où vient ce rayonnement ? La question
s'est longtemps posée. De nombreuses théories furent proposées ; par exemple la conversion d'énergie gravitationnelle en énergie
lumineuse : le Soleil se contracterait régulièrement et l'augmentation
d'énergie liée à cette contraction servirait à
entretenir le rayonnement solaire, mais la durée de vie du Soleil
ne pourrait ainsi pas dépasser quelques dizaines de millions d'années,
alors que c'est en milliards d'années qu'il faut la considérer ; ou encore un modèle de bombardement par des météorites,
l'énergie d'impact se transformant en énergie lumineuse,
mais la durée de vie du Soleil serait extrêmement courte.
C'est en 1920 qu'Eddington suggéra que l'énergie des étoiles
était d'origine nucléaire. On sait aujourd'hui que c'est
la fusion de l'hydrogène en hélium qui fournit l'énergie
du Soleil : quatre noyaux d'hydrogène fusionnent pour donner un
noyau d'hélium :
4 H1 ÷> He4 + énergie
Chaque seconde, 633 millions de tonnes d'hydrogène se transforment
donc en 628 millions de tonnes d'hélium. C'est-à-dire que
chaque seconde, près de 5 millions de tonnes de matière solaire
se transforment en énergie (d'après l'équivalence
masse-énergie : E = mc2) qui est rayonnée dans
l'espace. Cette réaction s'accompagne entre autre de l'émission
de particules appelées neutrinos, qui sont particulièrement
difficiles à détecter.
1.2. Les couches internes du Soleil
La région où ont lieu les réactions nucléaires
s'appelle le noyau. On estime qu'il s'étend du centre à environ
0,25 rayon solaire.
Jusqu'à 0,70 rayon solaire s'étend la zone radiative.
La matière y est relativement opaque, aussi le rayonnement y est-il
constamment absorbé pour être réémis dans une
direction aléatoire. Ces " rebonds " permanents font que l'énergie
met environ 1 million d'années à traverser cette zone.
La couche la plus externe de l'intérieur solaire, occupant 0,30
rayon solaire, est appelée zone convective. La matière, très
opaque, provoque une accumulation de l'énergie provenant de la zone
radiative, créant des courants de convection - semblable aux remous
de l'eau qui boue dans une casserole -, la matière chaude montant
vers la surface, la matière froide retombant. Le rayonnement ne
met ici que deux mois à traverser la zone convective.
2. Les couches extérieures
Les couches extérieures du Soleil sont les seules que l'on puisse
observer directement. Le choix de la longueur d'onde d'observation permet
de viser l'une ou l'autre des couches externes (plus la température
croît, plus la longueur d'onde diminue, du visible aux rayons X).
La photosphère et la chromosphère sont regardées en
lumière visible, la zone de transition en ultraviolet et la couronne
en rayons X, en ondes radio et en visible.
2.1. La photosphère
C'est la partie la plus connue du Soleil, car c'est elle que l'on voit
à l'oeil nu (même s'il ne faut jamais le faire), ou quand on
projette l'image solaire au travers de jumelles ou d'une lunette. Ce que
l'on appelle le disque solaire, ou la surface du Soleil est donc la photosphère.
Jusqu'au milieu de ce siècle, c'était la principale partie
du Soleil que l'on observait. La matière y est suffisamment ténue
pour permettre au rayonnement de la traverser. La température moyenne
de la surface de cette couche de quelques centaines de kilomètres
d'épaisseur est de 5 800 K. La densité y chute rapidement
vers l'extérieur, et sa température, après être
passée par un minimum d'environ 4 000 K se met à remonter.
2.2. La chromosphère
La température moyenne y est de l'ordre de 10 000 K, croissant
vers l'extérieur du Soleil. L'épaisseur de cette couche est
de quelques milliers de kilomètres. Son aspect coloré rougeâtre
est dû à l'émission de l'hydrogène et lui a
valu son nom. Comme elle est beaucoup moins dense que la photosphère,
l'émission provenant de la chromosphère est beaucoup plus
faible que l'émission photosphérique. C'est pour cela qu'en
temps normal, la chromosphère est invisible, la sensibilité
de notre oeil étant saturée par la lumière du disque
solaire. Pourtant, le rayonnement chromosphérique est aussi intense
que celui de la pleine Lune ! Lors des éclipses de Soleil, on peut
observer la chromosphère, quand la partie la plus lumineuse du disque
solaire est cachée. Des observations à des longueurs d'onde
choisies permettent de l'observer sur le disque, comme c'est le cas avec
les spectrohéliogrammes de l'observatoire de Meudon.
Spectrohéliogramme dans la raie Ha
montrant la chromosphère
Crédit : observatoire de Meudon
2.3. La zone de transition
Cette zone est très peu épaisse, mais très compliquée
à étudier car la température y passe de quelques dizaines
de milliers de degrés à plusieurs millions de degrés
en quelques centaines de kilomètres.
2.4. La couronne
La couronne s'étend comme un halo ténu entourant le Soleil ; elle est visible lors des éclipses ou grâce aux instruments
spatiaux. La température y atteint plusieurs millions de degrés.
Elle n'a pas de limite précise et se mélange au milieu interplanétaire.
Un flux de matière s'en échappe en permanence, balayant tout
le système solaire.
3. L'activité solaire
Bien qu'il semble nous présenter toujours le même aspect,
on se rend compte, en l'observant attentivement, que le Soleil est changeant
: modification d'aspect de sa " surface ", brusques éjections de
matière dans l'espace, phénomènes explosifs, ...
3.1. Les taches solaires
Les taches solaires, découvertes par Galilée, entraînées
par la rotation du Soleil, apparaissent comme des régions sombres
car elles sont plus froides que la matière qui les entoure - mais
tout de même à environ 4 000 degrés. Ce sont des régions
où le champ magnétique solaire est très intense, d'où
l'intérêt de leur étude qui nous renseigne sur celui-ci
et sur l'activité solaire qui y est liée. Leur taille peut
atteindre quelques dizaines de milliers de kilomètres de diamètre
pour les plus grosses.
3.2. Les éruptions solaires
Ce sont de brusques libérations d'une quantité importante
d'énergie, accompagnées de l'éjection de particules
accélérées dans l'espace. L'énergie ainsi libérée
dans une éruption couvrant une petite partie de la surface solaire
peut approcher l'énergie libérée par l'ensemble du
disque.
3.3. Les protubérances
Les protubérances sont des phénomènes impressionnant,
que l'on peut parfois observer lors des éclipses de Soleil. On les
voit sous l'aspect de grands tubes formant une immense arche sur le bord
du Soleil. Les dimensions de ces boucles peuvent être énormes,
au point qu'un objet de la dimension de la Terre pourrait sans problème
passer sous les plus grandes. On pense qu'il s'agit du sommet d'énormes
boucles de champ magnétique dans lesquelle la matière de
la basse atmosphère solaire se trouve piégée. Comme
cette matière est plus froide, lorsqu'une protubérance se
trouve au dessus du disque solaire, on l'y voit sous la forme d'un filament
sombre.
3.4. Le cycle d'activité solaire
La signature la plus visible de l'activité solaire est le nombre
de taches à sa surface. En période de minimum d'activité,
il peut n'y avoir aucune tache, alors qu'en période de maximum,
il peut y en avoir plusieurs centaines. La durée de ce cycle d'activité
est de 11 ans durant lesquels le Soleil passe donc successivement par un
maximum et un minimum.
III. Naissance, évolution et mort du Soleil
La contraction d'une énorme masse de gaz sur elle-même,
provoquant l'apparition des réactions de fusion nucléaire
en son sein, a donné naissance au Soleil, voici 4,5 milliards d'années.
La quantité de matière qu'il " brûle " chaque seconde
permet d'estimer la durée de sa vie à environ 10 milliards
d'années. Au bout de ce temps, après une brève phase
de contraction, il entamera un nouveau processus de fusion nucléaire
avec des éléments chimiques plus lourds, se gonflant en même
temps, jusqu'à absorber l'orbite de la Terre, tout en éjectant
ses couches les plus externes, puis, n'ayant plus de combustible nucléaire
utilisable, il se contractera à nouveau pour devenir un objet inerte
et dense qui se refroidira peu à peu.
IV. Relations Soleil-Terre
Outre la chaleur qu'il nous fournit, le cycle jour-nuit dû à
la rotation de la Terre et les saisons causées par l'inclinaison
de la Terre par rapport à l'axe de son orbite, le Soleil influence
d'autres façons l'environnement terrestre. Lors de ses moments de
plus forte activité, il envoie dans l'espace des bouffées
de particules de grande énergie à grande vitesse, qui viennent
heurter la haute atmosphère de la Terre, organisée suivant
le champ magnétique terrestre, qui, heureusement, nous protège.
Une conséquence visible de cela est le phénomène connu
sous le nom d'aurore polaire ; mais d'autres effets se font ressentir,
mis en évidence depuis quelques dizaines d'années : perturbation
des communications radio, destruction de l'électronique de bord
de certains satellites ; sans parler du danger encouru par les cosmonautes
dans l'espace à ce moment-là.
Enfin, à l'heure actuelle, des chercheurs tentent de mettre en
évidence une relation entre les périodes où le maximum
d'activité du Soleil est le plus faible, et des mini-glaciations
qui ont eu lieu sur Terre.
2 - Éclipses naturelles,
éclipses artificielles : l'observation de la couronne solaire
I. Les apports de l'observation de la couronne solaire
Depuis que l'on a réussi à observer la couronne solaire,
la question qui se posait était de savoir d'où provenait
le phénomène alors observé, du Soleil ou bien de la
Lune. Ce n'est que vers le milieu du XIXème siècle
que l'on trancha vraiment en faveur d'un phénomène lié
au Soleil. Il n'en demeura pas moins que, pendant longtemps, l'étude
de la couronne solaire allait de paire avec la possibilité d'observer
une éclipse totale de Soleil, phénomène relativement
rare, du moins dans les régions facilement accessibles aux scientifiques.
Les difficultés de déplacement de l'époque, l'insécurité
des contrées où se rendre, et, bien sûr, l'incertitude
quant à la couverture nuageuse du lieu de l'observation ont rendu
très aléatoires les tentatives d'étude de cette couronne.
Il fallut attendre 1930 et l'invention, par le français Bernard
Lyot, de l'Observatoire de Paris, du coronographe, pour que l'étude
scientifique de la couronne solaire fasse réellement un bond en
avant. Il était alors possible de surveiller la couche externe du
Soleil de façon quasi-continue sans attendre une éclipse
totale. Il faut ensuite attendre la seconde moitié du XXème
siècle pour qu'une nouvelle étape d'importance dans l'étude
de la couronne solaire se mette en place : il s'agit d'une part des débuts
de la radioastronomie, juste après guerre, et d'autre part, une
quinzaine d'années plus tard, des débuts de l'astronautique,
même si les premières expériences en ballon sont antérieures.
En effet, si le coronographe fut un moyen de limiter le surplus de luminosité
solaire dans les longueurs d'onde visibles pour pouvoir observer la couronne,
les ondes radio, ultraviolettes et X proviennent, quant à elles,
de la couronne seulement, et il n'y a donc pas de risque d'éblouissement.
Mais les rayonnements UV et X sont arrêtés par l'atmosphère
terrestre, et il fallut donc être en mesure de se déplacer
au dessus de celle-ci pour pouvoir pleinement bénéficier
de ces ondes. Cependant, les coronographes à l'heure actuelle continuent
à être basés sur le principe mis au point par Lyot.
C'est donc vers le milieu du XIXème siècle,
que débuta vraiment l'étude de la physique de la couronne
solaire. L'idée d'appliquer la spectrométrie à l'observation
de la couronne solaire revient au français Jules Janssen, de l'Observatoire
de Paris, lui permettant en 1868 de mettre en évidence un élément
inconnu qu'il baptisa l'hélium (de Hélios, dieu du Soleil),
qui ne sera identifié sur Terre qu'à la fin de ce siècle.
Lors des éclipses suivantes, d'autres raies non identifiées
furent trouvées dans les spectres effectués, dont un, appelé
" coronium " qui se révéla être - de nombreuses années
plus tard - du fer porté à une température de quelques
millions de degrés. On n'imaginait pas, à l'époque,
que la couronne solaire put être portée à de telles
températures. Même si l'interprétation physique des
observations effectuées à cette époque-là ne
se fit que beaucoup plus tard, l'apport de ces nouvelles méthodes
fut considérable, tant pour l'étude de la couronne que pour
celle des protubérances, énormes arches de matière
froide piégée par le champ magnétique solaire s'élevant
dans la couronne. Les protubérances peuvent aussi être observées
sur le disque du Soleil, sous la forme de filaments sombres, absorbant
le rayonnement provenant des couches plus profondes de l'atmosphère
solaire. La grande étape suivante de la physique de la couronne
solaire fut donc l'invention du coronographe en 1930, qui permit de s'affranchir
des éclipses pour observer la couronne du Soleil. Cependant, seules
les éclipses " réelles " de Soleil permettaient d'observer
les rayonnements faibles provenant de la haute couronne. En 1944, l'astrophysicien
Joseph Shklovsky démontra théoriquement que la région
de transition entre la haute chromosphère (à une température
de l'ordre d'une dizaine de milliers de degrés) et la couronne (à
plus d'un million de degrés) ne pouvait qu'être très
mince. De nombreuses observations furent nécessaires pour confirmer
cette déduction. Lors des éclipses solaires de 1952 et 1970,
les américains, puis les japonais, montrèrent que la couronne
descendait jusqu'à quelques milliers de kilomètres seulement
de la " surface " du Soleil. L'éclipse de 1991 permit de mettre
en évidence certains comportements à grande échelle
de la couronne, particulièrement l'origine de certains grands jets
de matière s'élançant vers l'espace, que les astronomes
espèrent confirmer grâce à des campagnes internationales
d'observation lors de l'éclipse du 11 août 1999.
Parallèlement, la sonde Ulysse étudie le comportement
des particules émises par le Soleil, le satellite YOHKOH observe
le Soleil en rayons X, et le satellite SOHO transporte deux coronographes ; tous contribuent à la fourniture des informations nécessaires
à l'élaboration des théories qui permettront de comprendre
la couronne solaire.
D'une façon plus générale, les observations de
la couronne ont apporté la possibilité d'étudier le
plasma (matière ionisée et champ magnétique) et ses
propriétés. La couronne, comme le Soleil lui-même,
est un laboratoire de macrophysique comme il n'est pas possible d'en construire
sur Terre.
Deux grandes questions demeurent cependant concernant la couronne solaire
: Tout d'abord quel est le mécanisme qui la chauffe à plusieurs
millions de degrés (alors que l'on comprend logiquement que sa température
décroisse du centre du Soleil vers sa périphérie).
Deuxièmement, où se situe l'origine du vent solaire, quels
processus physiques provoquent l'accélération à des
vitesses parfois très différentes des particules projetées
du Soleil ? On peut raisonnablement espérer que le traitement des
nombreuses observations du satellite SOHO permettra dans les proches décennies
de répondre à ces interrogations.
II. Les méthodes d'observation de la couronne
1. L'observation au sol
1.1. Lors d'une éclipse de Soleil
Lors d'une éclipse totale de Soleil, n'importe quel télescope
ou lunette, ou jumelles - munis des filtres appropriés ! - permet
de détailler la couronne solaire. Cette simplicité (qui n'est
en réalité qu'apparente) de l'appareillage nécessaire
facilite grandement le travail, tant des astronomes professionnels que
des amateurs ; la difficulté résidant cependant dans le lieu
d'observation : les éclipses ont le mauvais goût de se produire
souvent dans des lieux d'accès peu aisé (ne serait-ce qu'au
dessus des océans). Autres " défauts " des éclipses
de Soleil : elles ne durent que peu de temps (le maximum de durée
d'une éclipse à l'équateur est inférieur à
8 minutes !) et l'observateur est tributaire de l'état du ciel au
moment de la phase de totalité : la moindre nuée à
ce moment réduit à néant tous les efforts de, souvent,
plusieurs mois de préparation.
Cependant, si toutes les conditions favorables sont réunies,
l'observation d'une éclipse naturelle de Soleil présente
de grands avantages. Tout d'abord, le ciel s'obscurcit considérablement
durant la totalité, ce qui réduit énormément
les problèmes de diffusion de la luminosité du ciel dans
l'instrument. D'autre part, le diamètre apparent de la Lune, très
voisin de celui du Soleil, masque précisément le disque solaire,
permettant ainsi l'observation de la très basse couronne, chose
impossible si l'on utilise un système de cache, comme c'est le cas
dans les coronographes. Cet accès à la base de la couronne
permet de faire la liaison avec les couches plus basses de l'atmosphère
solaire.
1.2. Avec un coronographe
Le principe du coronographe consiste - de façon simplifiée
- à placer un disque occulteur, d'un diamètre proche du diamètre
apparent du Soleil, qui masque le disque solaire d'où provient la
plus grande partie de la luminosité solaire, permettant ainsi de
ne plus être ébloui et de pouvoir faire ressortir les régions
faiblement lumineuses (la couronne est environ un million de fois moins
lumineuse que le disque solaire). Cette invention révolutionnaire
permit de s'affranchir de la contrainte de l'attente d'une éclipse
totale dans une zone accessible à l'observation pour avancer dans
l'étude de la couronne. Cependant, la nécessité de
réduire au maximum la lumière diffusée provenant de
la surface impose d'installer un disque occulteur légèrement
plus grand que le diamètre apparent du Soleil. On ne peut donc plus
observer la région la plus basse de la couronne. Or la compréhension
de l'interface entre la basse atmosphère et la couronne est fondamentale
pour comprendre comment se forme cette dernière.
Malgré cet inconvénient, la coronographie est un outil
fondamental pour l'étude des phénomènes de la moyenne
et de la haute couronne, ainsi que pour le comportement à grande
échelle de celle-ci.
1.3. En radio
L'observation en ondes radio de la couronne fournit, quant à
elle, des informations sur le comportement des particules qui composent
la couronne. En effet, à des températures de quelques millions
de degrés, beaucoup d'atomes (dont bien sûr l'hydrogène,
qui est le constituant essentiel de la matière solaire) ont perdu
tous leurs électrons. Aussi, des courants électriques, induits
par le champ magnétique, génèrent-ils des comportements
spéciaux des électrons, qui se traduisent par l'émission
d'ondes radio. Ces ondes, généralement dans des longueurs
d'onde comprises entre quelques centimètres et quelques dizaines
de mètres, permettent d'observer la signature du mouvement des électrons
de la couronne ; chaque longueur d'onde étant émise par une
altitude différente de la couronne solaire, ce qui permet d'obtenir
une sorte d'information en relief sur la haute atmosphère solaire.
Cependant, la résolution spatiale ne permet pas d'avoir des renseignements
sur le comportement à petite échelle de la couronne.
2. Depuis l'espace
2.1. Ballons et fusées
Les ballons et les fusées sont des moyens pour sortir de la partie
de l'atmosphère qui absorbe le plus les rayonnements ultraviolets
ou X. On peut y installer des coronographes ou des spectrographes de conception
plus classique. Cependant, la difficulté de stabiliser un ballon
et la brièveté d'un vol fusée en font des méthodes
relativement marginales, bien qu'utiles pour l'observation de la couronne.
2.2. Sondes et satellites artificiels
Les satellites peuvent emporter des instrumentations complexes pour
des durées de plusieurs années, ce qui en fait des atouts
considérables pour ce genre d'études. Par exemple des spectrographes
pour rayonnement X, comme le satellite japonais YOHKOH. La bonne stabilité
des satellites offre des possibilités inégalées qui
doivent cependant être tempérées par les difficultés
de manipuler des instruments à distance et de traiter des observations
prises par des appareils dont on ne peut plus contrôler la précision
de façon simple.
La sonde Ulysses qui transporte des instruments de type radio à
son bord, a survolé à grande distance les pôles du
Soleil, et transmis des informations sur une région qui nous est
très difficilement accessible depuis la Terre.
2.3. SOHO
Le satellite SOHO, quant à lui, est stationnaire par rapport
au Soleil. Il a emporté douze instruments jusqu'à 1,5 million
de kilomètres de la Terre (seulement le centième de la distance
Soleil-Terre), au point de Lagrange L1 (lieu où les attractions
gravitationnelles de la Terre et du Soleil se compensent mutuellement),
beaucoup plus loin que la Lune, et reste en permanence, 24 h sur 24, pointé
sur le Soleil. Parmi les instruments embarqués se trouvent deux
coronographes : LASCO, formé d'une batterie de trois coronographes
en " cascade " montrant l'ensemble de la couronne, de 1,1 rayon solaire
à 30 rayons solaires, observe diverses longueurs d'ondes dans le
domaine visible ; et UVCS, observant des portions de couronne depuis la
base de celle-ci jusqu'à une distance de 12 rayons solaires, dans
les longueurs d'ondes ultraviolettes et visibles.
Cependant les techniques d'observation depuis l'espace ont toutes pour
défaut leur durée de vie limitée.
Image composite révélant les détails de la
couronne solaire
lors de l'éclipse totale du 26 février 1998 observée
au Vénézuela
Crédit : Cyril Birnbaum/Ciel et Espace
III. Conclusions
La couronne n'est pas uniformément lumineuse : sa luminosité
décroît du bord du Soleil vers l'extérieur. Aussi est-il
difficile d'obtenir simultanément de bonnes images à la fois
de la basse et de la haute couronne ; soit la basse couronne est surexposée,
soit la haute couronne est sous-exposée. Pour pallier ce problème,
on peut utiliser des filtres spéciaux, plus absorbants vers la couronne
interne que vers l'extérieur.
Comme on l'a vu dans le chapitre précédent, chaque technique
d'observation possède ses propres avantages et ses propres inconvénients,
aucune n'est suffisante pour tout étudier ; en effet, les observations
à différentes longueurs d'ondes sont complémentaires :
certaines sont la signature de régions à différentes
températures, donc différentes zones de la couronne, d'autres
renseignent sur les déplacements de particules dans la couronne
et sur le champ magnétique. Toutes nous renseignent peu à
peu sur les éléments pouvant servir à reconstituer
le puzzle compliqué que forme la couronne solaire, sur le comportement
du vent solaire et sur la raison pour laquelle la température de
la couronne est si élevée.
Pourtant, par delà l'intérêt astrophysique de l'observation
d'une éclipse " naturelle " de Soleil, la beauté et l'étrangeté
d'un tel événement constituent une expérience inoubliable
dans la vie d'un individu.
Crédit : J. Aboudarham/observatoire de Paris
|