Pour les scientifiques, le Soleil recèle encore bien des mystères. Photo NASA

C'est bientôt le solstice d'été, le 21 juin, le jour le plus long de l'année où le Soleil se lève le plus tôt et tarde à se coucher. Dans l'hémisphère nord, l'été est là, avec tous les plaisirs et les bienfaits que procure le rayonnement maximal de l'astre solaire sur notre planète.

Pourquoi l'atmosphère du Soleil est-elle plus chaude que celle de sa surface ?

Chaleur, lumière... les humains comme les plantes en profitent pour revivre et s'épanouir, pendant que les panneaux photovoltaïques turbinent à fond. Voilà pour les apparences. Car pendant ce temps-là, les scientifiques s'interrogent. Oui, mais comment la température de l'atmosphère du Soleil peut-elle atteindre jusqu'à un million de degrés, alors que celle de la surface de l'étoile n'est que d'environ 6.000°C ? Sur Terre ou sur les autres planètes, c'est l'inverse: plus on s'éloigne du sol, plus le froid augmente. Une étude publiée le 11 juin dans la revue "Nature" vient de résoudre ce mystère: l'atmosphère du Soleil est réchauffée par sa "mangrove".

 Le paradoxe du Soleil

La température du Soleil, qui atteint environ 15 millions de degrés en son cœur, décroit progressivement pour chuter à 6.000 degrés à sa "surface". Elle devrait alors logiquement continuer à décroitre dans l'atmosphère. Pourtant, elle atteint environ 10.000 degrés dans la chromosphère et plus d'un million de degrés  dans la couronne. Quelle est la source d'énergie capable de fournir et de maintenir l'atmosphère de notre étoile de telles températures ? Une question de taille, qui représente l'un des grands problèmes de l'astrophysique, d'autant plus importante qu'elle est associée à la source du vent solaire.

Le mécanisme qui chauffe l'atmosphère du Soleil

S'il paraissait acquis qu'une partie de l'énergie de l'intérieur du Soleil parvenait à atteindre ces couches externes, le mécanisme restait mystérieux. En simulant l'évolution d'une partie de l'intérieur et de l'extérieur du Soleil, des chercheurs du Centre de physique théorique (CNRS/École polytechnique) et du laboratoire Astrophysique, instrumentation-modélisation (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) ont identifié les mécanismes apportant l'énergie capable de chauffer l'atmosphère solaire. Une couche située sous la surface du Soleil, qui se comporte comme une casserole en ébullition, créerait un champ magnétique à petite échelle comme réserve d'énergie qui, une fois sorti de l'étoile, chaufferait les couches successives de l'atmosphère solaire par des réseaux de racines et de branches magnétiques, telle une mangrove. Explications.

Casserole en ébullition et bulles du potage de plasma

Les chercheurs ont constaté que la fine couche sous la surface du Soleil se comporte en fait comme une "casserole" de petite épaisseur contenant un plasma en ébullition, chauffée par le bas et formant des "bulles" associées à  des granules. Ce potage de plasma en ébullition est alors responsable d'un phénomène dynamo qui amplifie et maintient le champ magnétique : ce dernier, en sortant vers la surface, prend une apparence poivre et sel et forme des concentrations moins nombreuses, de plus grosse taille, de durée de vie plus longue et baptisées "méso-taches" solaires, conformément à ce que les chercheurs avaient déjà pu observer.

La mangrove du Soleil

Les scientifiques ont également découvert qu'une organisation semblable à une mangrove apparait autour des méso-taches solaires : des "racines" enchevêtrées plongent entre les granules, entourant des "troncs d'arbres magnétiques" qui s'élèvent dans la couronne du Soleil. Ce sont les multiples micro-éruptions survenant dans les racines de la mangrove porteuses d'importants courant électriques, au rythme des "bulles" issues du plasma en ébullition, qui chauffent l'atmosphère de l'étoile.

Ondes "magnétiques"

Cette dynamique éruptive engendre alors des ondes "magnétiques" le long des troncs, un peu comme un son sur une corde pincée, en se propageant le long de celle-ci. Ces ondes transportent alors l'énergie vers la couronne plus haute que chauffe leur dissipation progressive.  

Autant de phénomènes, que les astrophysiciens avaient pu observer jusqu'ici individuellement, sans pouvoir les expliquer, qui maintiennent l'atmosphère solaire à une température d'environ un millions de degrés et participent à la création du vent solaire qui remplit l'héliosphère. Selon les chercheurs, ce mécanisme s'appliquerait à de nombreuses autres étoiles.

Cathy Lafon

Illustrations : Tahar Amari / Centre de physique théorique, CNRS.

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• Pour lire l'étude publiée dans "Nature" le 11 juin 2015, "Small scale dynamo magnetism drives the heating of the solar atmosphere", Tahar Amari, Jean-François Luciani et Jean-Jacques Aly : cliquer ICI