QUESTIONS DE RECHERCHE

Quels sont les objets étudiés en physique solaire et stellaire ?

Comme l’explique Éric Buchlin, responsable de l’équipe Physique solaire et stellaire, son objectif est de « comprendre les phénomènes physiques du Soleil et des étoiles, depuis leur structure interne jusqu’à leur atmosphère externe, en étudiant leur dynamique, leur chauffage, et leurs interactions avec l’espace interplanétaire. »

Cette discipline cherche à décrypter les mécanismes suivant :

  • Structure interne et évolution du Soleil et des étoiles
  • Activité stellaire et magnétisme en lien avec la structure/l’évolution
  • Diagnostics de la couronne
  • Dynamique de l’atmosphère solaire
  • Éruptions solaires

Le Soleil : structure et phénomènes

Une structure thermique particulière

Le Soleil présente une structure complexe où les températures évoluent de manière surprenante :

  • Photosphère : Surface visible à l’œil nu, avec une température d’environ 5 500 °C.
  • Atmosphère externe : Contrairement à l’intuition, la température augmente avec l’altitude.
  • Couronne solaire : Couche la plus externe, atteignant 1 million de °C.
  • Noyau : Siège des réactions nucléaires, source de l’énergie solaire.
  • Zone de convection : Mouvement de plasma qui concentre le champ magnétique. Les taches solaires, zones moins chaudes et plus sombres, y trouvent leur origine.

Des phénomènes dynamiques et puissants

Le Soleil est le théâtre de phénomènes énergétiques en interaction constante avec son environnement :

  • Déséquilibre de pression : Entre l’atmosphère solaire et le milieu interstellaire.
  • Vent solaire : Flux continu de particules chargées émis dans l’espace.
  • Éruptions solaires : Éjection de milliards de tonnes de matière (plasma) dans l’espace.
  • Interaction avec le milieu interplanétaire : Variations du champ magnétique solaire.
  • Particules accélérées (comme les rayons cosmiques).

Météorologie de l’espace : impacts sur la Terre

Les phénomènes solaires ont des conséquences directes sur notre planète :

  • Rayons UV : Absorbés par la haute atmosphère, ils provoquent l’ionisation des atomes, créant des ions et électrons libres.
  • Ionosphère : Milieu conducteur où des courants électriques peuvent circuler, perturbés par le champ magnétique terrestre.
  • Magnétosphère : Bouclier protecteur contre le vent solaire. Les rayons UV ionisent l’atmosphère, formant un plasma conducteur. Ce plasma, soumis au champ magnétique terrestre, crée la magnétosphère, qui nous protège des particules solaires.
  • Aurores polaires : Résultent de la reconnexion magnétique entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre.
  • Perturbations des télécommunications : Les variations de l’activité solaire peuvent affecter les réseaux électriques, l’aviation, et les systèmes de communication.
  • Plasma : Matière ionisée soumise au champ magnétique, omniprésente dans l’environnement spatial.

Projets phares

 1. Solar Orbiter (ESA/NASA)

  • Objectif : Étudier l’atmosphère solaire, les champs magnétiques, et les pôles solaires — des régions encore mal connues.
  • Trajectoire :
    • Initialement en orbite au niveau de Vénus.
    • Changement de trajectoire pour sortir du plan de l’écliptique → première observation directe des pôles du Soleil.
  • Exploitation des instruments :
    • Mesure des champs magnétiques solaires.
    • Analyse du vent solaire et des éruptions solaires.
    • Observation des particules énergétiques émises par le Soleil.

2. PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars)

  • Lancement : À venir (mission de l’ESA).
  • Objectif :
    • Observer les courbes de lumière de nombreuses étoiles pour l’astérosismologie (étude des vibrations stellaires).
    • Détection d’exoplanètes par la méthode des transits.

3. Kepler

  • Analyse des données :
    • Séparation des signaux (planètes, oscillations stellaires, éruptions) pour une étude précise.
    • Étude des taches solaires (contraste, taille, nombre) et comparaison avec le Soleil.
  • Courbes de lumière : Utilisées pour étudier les oscillations stellaires et mieux comprendre la dynamique interne des étoiles.

4. SOHO (Solar and Heliospheric Observatory)

  • Lancement : 1995 (mission conjointe ESA/NASA).
  • Objectif : Étudier le Soleil de son noyau à son atmosphère externe, ainsi que le vent solaire.

Instrument GOLF : Mesure des vibrations solaires pour modéliser la structure interne et la dynamique du Soleil.

5. Reconstruction de modèles :

  • Développement de modèles 3D de l’intérieur solaire pour comprendre sa composition, ses mouvements et son évolution.

Méthodologies et défis

Pour étudier le Soleil et les étoiles, les scientifiques utilisent :

  • Des télescopes spatiaux (comme ceux de Solar Orbiter ou Solar-C) pour éviter les perturbations de l’atmosphère terrestre.
  • L’astérosismologie : L’étude des vibrations des étoiles, qui révèle leur structure interne (transit, analyse des oscillations, sismologie locale).
  • La modélisation numérique : Simulation des processus magnétiques et des éruptions solaires pour prédire leur comportement.
  • L’analyse des données multi-longueurs d’onde : Combinaison d’observations en rayons X, ultraviolet, visible et radio pour une vision complète.

En savoir plus

L’équipe Physique solaire et stellaire

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