Eruption solaire et activité géomagnétique

Les éruptions solaires

Les éruptions solaires sont les principaux phénomènes constitutifs de l’activité du Soleil. Ces événements sont parmi les plus violents des phénomènes ayant lieu dans le Système solaire, avec des énergies typiques de l’ordre de 10²⁵ Joules, soit près d’un milliard de fois l’énergie d’un grosse bombe thermonucléaire. En quelques heures le Soleil dégage ainsi près de 10 000 fois la consommation mondiale d’énergie annuelle de l’humanité.

Les éruptions sont provoquée par une accumulation d’énergie magnétique dans des zones de champs magnétiques intenses, soit au niveau des taches solaires observées sur la surface visible du Soleil, soit au niveau des filaments et protubérances solaires, observées à partir des raies chromosphériques. Les éruptions solaires font intervenir une reconfiguration brutale et soudaine du champ magnétique, permise par le mécanisme de reconnexion magnétique.

Rubans d’éruptions

Spectrohéliogramme du 25 juillet 1946 au centre de la raie Hα. Cette observation présente une éruption et les rubans d’émissions. Cette éruption fut celle dont les rubans couvrirent la plus grande portion de la surface du Soleil, en 110 ans depuis le début des observations systématiques en 1908.

Les éruptions solaires se produisent périodiquement dans l’atmosphère solaire. La fréquence de leur apparition est liée et constitue le cycle d’activité du Soleil. Lors des années de maximum, plus d’une dizaine d’éruptions peuvent avoir lieu chaque jour. Les éruptions présentent différents niveaux d’intensité et elles sont ainsi classifiées en fonction du flux lumineux émis dans une bande particulière dans le domaine X-mou.

Eruption solaire du 25/07/1946 observée par le spectrohéliographe.

L’éruption du 25/07/1946 se déroule au niveau d’un groupe de taches observé dans la raie du Ca II (image centrale). Les rubans d’éruptions lumineux observés en Hα (vignettes de coin) se développent au sein de la région active en éruption.

Lors d’un éruption solaire plusieurs phénomènes peuvent avoir lieu, tel que :

• une augmentation soudaine du flux lumineux : il s’agit du flash lumineux ou "flare". Cette augmentation, bien que présente dans l’ensemble du spectre - électromagnétique, est plus particulièrement marqué en dehors du domaine visible, notamment dans les domaine radio, ultraviolet et X ;
• l’éjection de grande quantité de plasma solaire vers l’espace interplanétaire : les éjections de masse coronale qui sont d’immenses structures magnétisées se déplaçant à des vitesses de l’ordre du millier de kilomètre et transportant en moyenne près de 10¹² kg de plasma solaire en direction de l’espace interplanétaire ;
• l’accélération de faisceaux de particules à des vitesses élevées, parfois proches de celle de la lumière. Ces particules (électrons et protons essentiellement), qui émettent des ondes radio au cours de leur propagation dans le milieu interplanétaire, possèdent une énergie propre particulièrement élevée.

Chacun de ces phénomènes peut être plus ou moins marqué d’une éruption à l’autre. Dans les cas où la Terre est impacté par l’éruption, ces phénomènes constituent des vecteurs d’interaction entre le Soleil et la Terre, avec des conséquences spécifiques à chacun.

Impact sur la Terre : modification de l’activité géomagnétique

Du fait de ces émissions de plasma, certaines éruptions solaires qui atteignent la Terre peuvent perturber le champ magnétique terrestre. Un orage magnétique, aussi appelé tempête magnétique, ou encore tempête géomagnétique, correspond à des fluctuations brusques et intenses du magnétisme terrestre faisant suite aux éruptions solaires. Les couches électriques dans l’ionosphère feraient varier l’intensité du champ magnétique terrestre entraînant de nombreux orages magnétiques.

Cette variation du champ magnétique s’accompagne de l’apparition des aurores polaires qui sont des phénomènes naturels liées à l’activité solaire.

Météorologie et climatologie de l’espace

L’impact de l’environnement magnétique de la Terre implique des conséquences de plus en plus importantes pour la société humaine, qui se repose de plus en plus sur des technologie spatiales (télécommunication, GPS, ...) et sur des réseaux tissés à l’échelle mondiale (câbles électriques, oléoducs, ...).

Schéma résumant les principaux systèmes sensibles à l’activité solaire

Afin de prévoir l’impact de l’activité solaire sur notre environnement terrestre, une discipline appliquée, la météorologie de l’espace, est en plein développement. Elle vise plusieurs objectifs : d’une part, comprendre et prévoir l’état du Soleil et des environnements interplanétaire ou terrestre, ainsi que les perturbations qui les affectent, qu’elles soient d’origine solaire ou non ; d’autre part, analyser en temps réel ou prévoir d’éventuels effets sur les systèmes biologiques et technologiques.

Si la météorologie de l’espace s’intéresse à la prévision à relativement court terme de l’impact de l’activité solaire, la climatologie de l’espace s’inscrit dans l’étude et la prévision à long terme, au cours d’un cycle ou de plusieurs cycles, de l’activité de notre astre. De part sa longévité, le service du Spectrohéliographe de Meudon possède des données et une collection unique au monde pour comprendre l’évolution de notre astre sur ce type d’échelle de temps.