Soleil (suite)

Le limbe solaire

Le disque solaire possède un « bord », parce qu’il existe un équilibre entre les diverses pressions : gazeuse, de gravitation, de radiation, etc. La résolution des équations d’équilibre est formellement identique pour les autres étoiles et permet de connaître les paramètres physiques internes. La surface solaire correspond à la transition entre les parties « opaques » centrales et les régions externes transparentes. La profondeur optique (concept permettant de distinguer entre des zones opaques et transparentes), comptée le long du rayon tangent au limbe, donc le définissant, est égale à 1 et correspond à un point d’inflexion sur une courbe d’intensité lumineuse tracée en fonction de l’altitude.

L’hylosphère

Elle est constituée de toutes les couches extérieures du Soleil, englobant la couronne, immense enveloppe dans laquelle nous baignons. L’hylosphère est fortement couplée à la photosphère, et l’équilibre thermodynamique est fortement perturbé.

Les régions spiculaires et interspiculaires

Lors d’une éclipse, on peut percevoir, au moment du second et du troisième contact, pendant un court laps de temps, une frange brillante, rosée. La dominante rouge est due à l’hydrogène, principal constituant, dont on peut voir au spectrographe une raie intense H_α, dans le rouge sombre (à 6 562,8 Å). D’autres éléments sont également présents, tels Ca II, Mg II, etc., formés, chacun d’eux, à des hauteurs bien déterminées ; leur observation permet donc de faire des coupes de la couche à une profondeur donnée. À la cinématographie, cette enveloppe donne l’impression d’une prairie en flammes. Des colonnes de gaz hautes de 2 800 à 4 300 km s’élancent dans l’atmosphère : ce sont des spicules, dont le rôle est essentiel pour le chauffage de la couronne. Ils ont de 500 à 800 km de diamètre, une durée de vie de l’ordre de 15 mn et s’élèvent avec une vitesse moyenne de 20 à 40 km/s. Leur densité est d’environ 10¹⁰ à 10¹¹ électrons par centimètre cube, tandis que la température voisine 10 000 K. Entre les spicules, le milieu est beaucoup plus froid et bien moins dense : seulement 10⁷ électrons par centimètre cube environ. Des mouvements oscillatoires de la matière ont été mis en évidence, avec une période de l’ordre de 300 s, l’amplitude moyenne de la vitesse étant d’environ 0,81 km/s. Ces oscillations prennent certainement naissance dans la zone convective, sans doute induites par le mouvement des granules, sous l’effet du champ magnétique, en un phénomène de supergranulation.

Les protubérances et éruptions solaires

Les protubérances sont d’immenses jets de matière, hauts parfois de 300 000 km, de formes extrêmement variées (arches, boucles, gerbes, etc.), très esthétiques, ayant un degré d’activité dynamique variable. On distingue les protubérances actives et les protubérances quiescentes, relativement plus stables temporellement. Vues par la tranche, elles se dessinent sur la photosphère sous forme de filaments. La température est de l’ordre de 10 000 à 20 000 K, tandis que la densité électronique est d’environ 10¹⁰ électrons par centimètre cube. Tous les métaux ainsi que l’hydrogène et l’hélium ont été retrouvés dans les spectres des protubérances. La matière est guidée par le champ magnétique, mais on ignore encore de quelle manière exacte. Les éruptions solaires sont de violents cataclysmes intéressants une petite partie de la surface. Des particules peuvent être éjectées à des vitesses relativistes de l’ordre de 30 000 km/s, constituant les rayons cosmiques solaires. Leur temps de transit Soleil-Terre est de quelques dizaines de minutes, et elles peuvent perturber les hautes couches de l’atmosphère. Les éruptions puisent leur origine dans l’instabilité du champ magnétique. Plusieurs types d’orages ou de sursauts radioélectriques solaires sont enregistrés dans les divers observatoires : ces perturbations, liées à un certain type de structures de taches, sont probablement entretenues par des oscillations de plasma dans la couronne.

La couronne solaire

Du point de vue physique, la couronne, véritable plasma chaud et peu dense, est un milieu extrêmement riche, parce qu’on ne peut encore reproduire au sol cet état particulier de la matière. Jadis observée uniquement lors des éclipses, où elle rayonne comme une gloire autour du Soleil, la couronne est, de nos jours, observée en ballons, par fusées, par satellites et du sol radioélectrique-ment et à l’aide du coronographe, qui permet de réaliser des éclipses artificielles de Soleil. L’intensité de la couronne est très faible, environ 1 million de fois moins que celle de la photosphère, ce qui correspond approximativement à la brillance de la pleine lune. Du point de vue morphologique, la couronne possède une profusion de structures dont chacune répond à des paramètres physiques intrinsèques. Ainsi, dans les condensations sporadiques, au-dessus des centres actifs intenses, la densité électronique est-elle très élevée, au moins cinq ou six fois plus que la normale (soit l,5.10⁹ électrons par centimètre cube). Leur durée de vie est très courte (quelques jours au plus) ; l’extension dépasse rarement 10 000 km, prenant l’aspect d’un bulbe dans lequel la spectroscopie révèle des raies dues à des atomes très fortement ionisés (Ca XV ou Fe XX par exemple). La température est donc très élevée, de l’ordre de 3 à 4 millions de degrés. Mais plumes polaires, dômes, cavités, houppes, trous, flammes, éventails, arches et renforcements coronaux reflètent tous des propriétés physiques très distinctes du plasma coronal. Toutes ces formes irrégulières sont dues à la présence du champ magnétique. En effet, la photosphère peut être en équilibre sous l’action du champ de gravitation ; au fur et à mesure qu’on s’élève en altitude, la matière est moins condensée, et les forces électromécaniques l’emportent sur les forces gravitationnelles. Les premières mettent en mouvement les particules chargées du milieu sur des trajectoires différentes, selon qu’il s’agit d’électrons, d’ions positifs ou négatifs ; elles créent donc à leur tour un champ magnétique interférant avec le champ qui leur a donné naissance : c’est ainsi que la couronne est couplée à la photosphère. La composition chimique de la couronne est semblable à celle de la photosphère, et les éléments qu’on y trouve ont une abondance à peu près voisine ; seul un triage gravitationnel des éléments les plus lourds doit avoir lieu dans la basse hylosphère. La couronne est le siège d’émissions très diverses, intéressant toute la gamme spectrale connue : du rayonnement X, ultraviolet et visible (saut d’un électron d’un état lié vers un autre état lié), au rayonnement hertzien (saut d’un électron d’un état libre vers un autre état libre), en passant par le continu (capture d’un électron libre sur un état lié). Le problème le plus important est celui du chauffage de la couronne. Selon les meilleures hypothèses, la puissante élévation de température dans la zone de transition est due à la dissipation d’ondes (mécaniques et acoustiques couplées entre elles en mode rapide). L’hylosphère se dilue dans l’espace interplanétaire, et ses manifestations peuvent se faire sentir non seulement au niveau de la Terre, mais beaucoup plus loin encore ; ce n’est sans doute qu’à plusieurs unités astronomiques que la couronne, sous forme de vent solaire, devenant instable, cesse de se manifester.