Cette étape importante, dirigée par le Dr Tom Schad, astronome associé de la NSO, a été publiée dans Science Advances et promet d'améliorer notre compréhension de l'atmosphère du soleil et de la façon dont ses conditions changeantes conduisent à des impacts sur la société terrestre dépendante de la technologie.
La couronne, ou l'atmosphère extérieure du Soleil, influence grandement les vents solaires et les phénomènes météorologiques spatiaux tels que les éruptions solaires et les éjections de masse coronale. Cependant, les forces magnétiques qui sont à l'origine de ces événements et de la couronne sont difficiles à mesurer.
Le télescope a cartographié directement l'intensité du champ magnétique dans la couronne solaire , la partie extérieure de l'atmosphère solaire visible lors d'une éclipse totale . Cette avancée promet d'améliorer notre compréhension de la météo spatiale et de son impact sur la société terrestre, dépendante de la technologie.
La couronne : la rampe de lancement de la météo spatiale
Le champ magnétique du Soleil génère des régions dans l'atmosphère du Soleil, souvent enracinées dans des taches solaires, qui stockent de vastes quantités d'énergie qui alimentent des tempêtes solaires explosives et entraînent la météo spatiale.
La couronne, l'atmosphère extérieure du Soleil, est un domaine surchauffé où se dévoilent ces mystères magnétiques. La cartographie des champs magnétiques coronaux est essentielle pour comprendre et prévoir la météo spatiale, et pour protéger notre technologie sur Terre et dans l'espace.
Pourquoi c'est important
Le champ magnétique terrestre nous protège des vents solaires, protégeant ainsi notre atmosphère et rendant la vie possible. Cependant, les champs électromagnétiques et les particules énergétiques provenant d'éruptions solaires extrêmes peuvent perturber les satellites, les réseaux électriques et d'autres systèmes dont nous avons besoin dans notre société de plus en plus technologique.
Comprendre ces interactions dynamiques, qui évoluent sur des échelles de temps allant de quelques jours à quelques siècles, est essentiel pour préserver nos infrastructures et notre mode de vie actuel.
La mesure des propriétés magnétiques de la couronne a longtemps posé un défi aux astronomes et aux limites de la technologie. Aujourd'hui, le télescope solaire Inouye est l'instrument le plus avancé conçu pour étudier la couronne et a franchi une première étape cruciale dans la résolution de ces mystères en produisant ses premières cartes du champ magnétique coronal, les plus détaillées à ce jour.
Le télescope solaire Daniel K. Inouye de la NSF présente sa première carte des signaux du champ magnétique coronal solaire mesurés à l'aide de l'effet Zeeman. L'effet Zeeman polarise l'émission coronale, ce qui nécessite les avancées du télescope Inouye pour effectuer la mesure car ses signaux ne représentent que quelques parties par milliard de la luminosité de la surface du soleil. Crédit : NSF/NSO/AURA
Les premières cartes du champ magnétique de la couronne solaire du télescope solaire Inouye
Depuis les années 1950, les physiciens solaires ont cartographié les champs magnétiques à la surface du soleil, ce qui leur a permis d'obtenir des informations précieuses. Cependant, les cartes du champ magnétique dans les zones situées au-dessus de la surface, comme la couronne, sont depuis longtemps recherchées, car c'est à ces endroits que se forment les tempêtes solaires. L'Inouye, situé près du sommet du mont Haleakalā de Maui à Hawaï, offre désormais les capacités nécessaires pour répondre à ce besoin crucial.
L'Inouye a créé ses premières cartes détaillées du champ magnétique de la couronne solaire en utilisant l'effet Zeeman, qui mesure les propriétés magnétiques en observant la séparation des lignes spectrales . Les lignes spectrales sont des lignes distinctes qui apparaissent à des longueurs d'onde spécifiques dans le spectre électromagnétique, représentant la lumière absorbée ou émise par les atomes ou les molécules.
Ces lignes agissent comme des « empreintes digitales », car elles sont propres à chaque atome ou molécule, ce qui permet aux scientifiques d'identifier la composition chimique et les propriétés physiques des objets célestes en observant leurs spectres. Lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique, comme celui du soleil, ces lignes se divisent, ce qui nous donne un aperçu des propriétés magnétiques de l'objet.
Les tentatives précédentes de détection de ces signaux, dont la dernière remonte à une vingtaine d'années , manquaient de précision et de régularité pour une étude scientifique approfondie. Aujourd'hui, les capacités inégalées de l'Inouye permettent des études détaillées et régulières de ces signaux cruciaux.
Merveille technologique
En règle générale, on ne peut voir la couronne solaire (une région un million de fois plus faible que le disque solaire) que lors d'une éclipse solaire totale, lorsque la majeure partie de la lumière du soleil est bloquée et que le ciel de la Terre s'assombrit.
Cependant, l'Inouye utilise une technique appelée coronographie pour créer des éclipses artificielles, ce qui lui permet de détecter des signaux polarisés extrêmement faibles (un milliard de fois plus faibles que le disque solaire), soulignant ainsi sa sensibilité inégalée et consolidant son statut de fenêtre unique sur notre étoile.
Le télescope Inouye y parvient grâce à son spectropolarimètre cryogénique proche infrarouge (Cryo-NIRSP), l'un des principaux instruments du télescope utilisé pour étudier la couronne et cartographier ses champs magnétiques. Cet instrument a été conçu et construit par l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï.
Le télescope solaire Daniel K. Inouye de la NSF nous permet de mieux comprendre la physique de la couronne solaire. Cette animation montre d'abord l'évolution de la surface solaire, telle qu'elle est régulièrement photographiée par l'observatoire de la dynamique solaire de la NASA. Ici, les températures sont d'environ 6 000 degrés Celsius. Une carte des champs magnétiques de surface suit, où l'on peut remarquer des régions concentrées de magnétisme (régions noires et blanches). Ce champ magnétique s'étend en trois dimensions vers le haut, là où se forme la couronne solaire, créant un gaz chaud brillant à des millions de degrés. Le télescope Inouye est désormais capable de cartographier les champs magnétiques dans la couronne elle-même, ce qui fournit des informations essentielles sur la manière dont se produisent le chauffage de la couronne et le piégeage et la libération de l'énergie magnétique. Crédit : NSF/NSO/AURA
« La réussite d'Inouye dans la cartographie des champs magnétiques coronaux du Soleil témoigne de la conception innovante et des capacités de cet observatoire unique et révolutionnaire », a déclaré Tom Schad, scientifique à la NSO et premier auteur de l'étude. « Cette avancée promet d'améliorer considérablement notre compréhension de l'atmosphère solaire et de son influence sur notre système solaire. »
Perspectives d'avenir
Cette étape importante marque le début d'une nouvelle ère dans la physique solaire . Le succès d'Inouye dans la cartographie des champs magnétiques coronaux du Soleil réaffirme sa vision et sa mission, et ouvre de nouvelles frontières dans la compréhension de l'influence du Soleil sur la météo spatiale.
« Tout comme les cartes détaillées de la surface et de l'atmosphère de la Terre ont permis des prévisions météorologiques plus précises, cette carte incroyablement complète des champs magnétiques de la couronne solaire nous aidera à mieux prévoir les tempêtes solaires et la météo spatiale », explique le Dr Carrie Black, directrice du programme NSF pour le NSO.
« Les forces invisibles mais incroyablement puissantes capturées dans cette carte propulseront la physique solaire à travers le siècle prochain et au-delà. »
Christoph Keller, directeur du NSO, a déclaré : « La cartographie de l'intensité du champ magnétique dans la couronne est une avancée scientifique fondamentale, non seulement pour la recherche solaire, mais pour l'astronomie en général. »
« C’est le début d’une nouvelle ère où nous comprendrons comment les champs magnétiques des étoiles affectent les planètes, ici dans notre propre système solaire et dans les milliers de systèmes exoplanétaires que nous connaissons désormais. »
Les études en cours et futures permettront d’affiner les outils et techniques de diagnostic, permettant ainsi de mieux comprendre l’environnement magnétique du Soleil et son impact sur la Terre et notre système solaire.
Plus d'informations : Thomas Schad, Cartographie du champ magnétique coronal du Soleil à l'aide de l'effet Zeeman, Science Advances (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adq1604 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq1604
Fourni par l'Association des universités pour la recherche en astronomie