Le Soleil

Le soleil est une étoile banale parmi les 200 milliards d’étoiles que compte notre galaxie. Situé dans un bras spiral de la Voie Lactée, il est âgé d’environ 5 milliards d’années. Son diamètre vaut 110 fois le diamètre terrestre (1.4 millions de km soit 32 minutes de degré), sa masse vaut 300 000 fois celle de la Terre, et sa distance est de 150 millions de km (8 minutes lumière). Le soleil puise son énergie dans les réactions de fusion d’Hydrogène en Hélium en son centre (1/4 du rayon, température de 15 millions de degrés) et il devrait en être encore ainsi durant 5 autres milliards d’années. L’énergie est évacuée par une couche radiative, puis convective, avant de parvenir à la surface sous la forme de rayonnement UV, visible et IR. La température moyenne de surface du soleil est d’environ 5800 degrés. Les régions internes au soleil sont opaques; ce que nous en savons provient de l’héliosismologie (étude des modes de vibration de la surface) et des neutrinos produits par le coeur. Par contre, les couches extérieures (l’atmosphère) sont accessibles aux observations dans un large spectre qui va des rayons g et X aux ondes radio. L’atmosphère se compose de la photosphère (visible à l’œil nu, 300 km d’épaisseur), puis de la chromosphère (2000 km d’épaisseur) et enfin de la couronne, vaste enveloppe dynamique (plusieurs millions de km) extrêmement ténue qui fait la jonction avec le milieu interplanétaire. Le soleil alimente en permanence le système solaire et l’héliosphère sous la forme d’un flux de particules cosmiques appelé vent solaire et qui croise la Terre avec une vitesse moyenne de l’ordre de 400 km/s. 

Structures de l’atmosphère solaire

La photosphère, que l’on voit à l’œil nu, révèle des taches sombres, qui sont des régions plus froides que le milieu environnant (4500 degrés) où émergent des champs magnétiques très intenses (une fraction de Tesla) et dont la taille atteint plusieurs dizaines de milliers de km.  A haute résolution angulaire (mieux qu’une seconde de degré), on distingue la granulation, qui constitue la signature de la zone convective sous jacente. Les plus petites structures solaires décelées à ce jour dans la photosphère sont de l’ordre de 0.15 seconde de degré (100 km) : on y soupçonne l’existence de champs magnétiques concentrés, même dans le soleil dit « calme », en dehors des taches.

La chromosphère, au dessus, ne se dévoile qu’en lumière monochromatique ; dans la raie Ha, elle montre notamment des filaments denses et froids qui sont en fait situés plus haut, en suspension dans la couronne chaude et ténue par des champs magnétiques. Ces structures, vues au limbe, deviennent émissives et sont appelées protubérances. Les grandes régions brillantes, appelées facules ou plages, sont plus chaudes que le milieu environnant (8000 degrés) et sont des régions de champ magnétique plus dilué que celui des taches. La couronne, où la température remonte à 1 million de degrés, est visible surtout en Ultra Violet. Elle donne naissance au vent solaire.


Chromosphère (Ha 656.3 nm)           Photosphère (CaII K 393.4 nm)
Images multi-longueur d’onde du soleil à un même instant


taches solaires (20000 km)                         granulation (1000 km)


Protubérance et filament : la manifestation d’un même phénomène (hauteur 50000 km)

Cycle solaire 

Le soleil est une étoile dont la surface est en rotation différentielle : de 26 jours à l’équateur, la période de rotation passe à plus d’un mois aux pôles. Le brassage de la matière partiellement ionisée qui résulte de ces mouvements et de la convection génère des courants électriques et des champs magnétiques : c’est l’effet dynamo. Le soleil possède un champ magnétique général de type dipolaire dont les polarités s’inversent tous les 11 ans. Le cycle magnétique est donc de 22 ans. En période de maximum (1979, 1990, 2001, 2012…), on assiste à une recrudescence de phénomènes actifs libérant une grande quantité d’énergie magnétique dans l’atmosphère (éruptions). Les deux hémisphères présentent toujours des polarités opposées qui se renversent avec le cycle : ainsi, les polarités des taches de tête sont inverses d’un hémisphère à l’autre.