Vent solaire : quand le Soleil danse avec les planètes

Après le Zoom de l’Astronomie de janvier sur le Soleil calme, partez à la (re-)découverte du vent solaire, ce gaz très peu dense, très rapide et très chaud (ou plasma) éjecté du Soleil en permanence et qui se propage partout dans le Système solaire.
Le vent solaire s’échappe en permanence de la couronne solaire, l’atmosphère principalement composée d’hydrogène chaud ionisé qui entoure le Soleil. Il résulte des réactions nucléaires qui ont lieu au sein de notre étoile. En effet, une petite fraction des ions contenus dans la couronne solaire a une vitesse thermique supérieure à la vitesse de libération du Soleil, et échappe donc à l’attraction gravitationnelle du Soleil pour se propager radialement depuis le Soleil jusqu’aux confins de l’héliosphère, qui délimite la sphère d’influence du Soleil. Le vent solaire présente deux composantes principales : aux hautes latitudes, on observe essentiellement le vent solaire rapide tandis que dans le plan de l’écliptique, où se trouvent les planètes, on mesure le vent solaire lent et le vent solaire rapide en proportions variables selon l’activité solaire.
Des missions au plus près du SoleilLe vent solaire est au cœur de deux missions spatiales internationales et inédites :1. Parker Solar Probe, qui vient de battre son propre record de vitesse le 23 janvier 2021 (le premier record, enregistré le 27 septembre 2020 à 09h 16 UTC, était de 466 592 kilomètres par heure, en faisant officiellement l’objet le plus rapide jamais fabriqué par l’Humanité). Parker Solar Probe était alors à un peu plus de 13 millions de kilomètres du Soleil (20 rayons solaires), et la sonde de la Nasa continue les mesures de vent solaire au plus proche de notre étoile.
2. Solar Orbiter, la sonde de l’agence spatiale européenne, en collaboration avec la Nasa, et qui a pris les images au plus proche du Soleil. Les premières données de Solar Orbiter ont été présentées au public en septembre 2020 (on vous en parlait dans l’Astronomie).
L’interaction avec la Terre scrutée à la loupeLe vent solaire présente un danger pour les infrastructures électriques, les personnels navigants, les satellites artificiels et les astronautes. Les scientifiques scrutent donc l’activité du Soleil et produisent divers modèles mathématiques et physiques pour étudier la propagation des tempêtes de vent solaire vers la Terre. Cette activité de surveillance s’appelle la météorologie de l’espace. Heureusement, la plupart du temps, la Terre est protégée par son champ magnétique, qui forme la magnétosphère. L’interaction du vent solaire avec la magnétosphère de la Terre produit de magnifiques aurores boréales et australes.
Le Soleil danse avec toutes les planètes !Mais il n’y a pas que la Terre qui a un champ magnétique suffisamment fort pour soutenir une magnétosphère. Mercure a une mini magnétosphère, tandis que Jupiter a la magnétosphère la plus gigantesque du Système solaire. Saturne et Neptune ont aussi des magnétosphères avec des particularités telles que l’interaction de la magnétosphère avec les anneaux de la planète. Uranus remporte le concours de la magnétosphère la plus dynamique, puisqu’elle danse chaque jour (d’une durée de 16 heures terrestres !) un rock’n’roll endiablé avec le vent solaire.

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Pour en savoir plus
Ce zoom du numéro 146 reprend les publications scientifiques suivantes :
1. Pour en savoir plus sur l’histoire de la découverte du vent solaire, on conseille l’ouvrage de référence (en anglais) de Nicole Meyer-Vernet, Basics of the Solar wind, et celui de Fabrice Mottez, Aurores polaires – La Terre sous le vent du Soleil, Éditions Belin (en français), 2017
2. Les articles et ouvrages scientifiques suivants ont été utilisés (entre autres) pour rédiger ce Zoom :
Cranmer, S.R., Gibson, S.E. & Riley, P. Origins of the Ambient Solar Wind: Implications for Space Weather. Space Sci Rev 212, 1345–1384 (2017). https://doi.org/10.1007/s11214-017-0416-y
Viall, N.M. and Borovsky, J.E. (2020), Nine Outstanding Questions of Solar Wind Physics. J. Geophys. Res. Space Physics, 125: e2018JA026005. https://doi.org/10.1029/2018JA026005
 « Principles of Magnetohydrodynamics, by J.P.H. Goedbloed and S. Poedts. ISBN 0521626072. http://www.cambridge.org/us/catalogue/catalogue.asp?isbn=0521626072. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2004. »
T. Russell, J. G. Luhmann, and R. J. Strangeway. Space Physics : an Introduction. Cambridge University Press, Jul 2016
Griton & F. Pantellini, Magnetohydrodynamic simulations of a Uranus-at-equinox type rotating  magnetosphere, Astronomy & Astrophysics, 2020, https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936604
Griton, F. Pantellini, Z. Meliani, 3D magnetohydrodynamic simulations of the solar wind interaction with a hyper-fast rotating Uranus, Journal of Geophysical Research – Space Physics, 2018, doi:  10.1029/2018JA025331
3) Léa Griton effectue ses recherches actuelles sur le vent solaire au sein du projet SLOW SOURCE d’Alexis Rouillard, à l’IRAP, projet financé par l’European Research Council, qui recherche les origines des différents types de vent solaire lent à la surface du Soleil. Le site du projet contient les toutes dernières publications de l’équipe sur ces questions pointues.
4) Le manuscrit de thèse de Léa Griton, sur l’interaction du vent solaire avec Mercure, Saturne et Uranus (soutenue le 10 septembre 2018), écrit en français et destiné à un public averti. 

Ce complément en ligne vous est proposé par Léa Griton, membre du comité de rédaction de l’Astronomie.

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