DE L'ASTRONOMIE : l'énigme des taches solaires

                                                  taches solaires en 2001

                                               (sources :  www.journaldunet.com/)

     Chaque jour et depuis à présent de nombreuses années, des astronomes professionnels mais aussi des amateurs éclairés, répartis sur les cinq continents, évaluent le nombre et l’étendue des taches solaires. Ils déterminent ainsi l’indice RI ou « nombre relatif international de Wolf » qui, corrélé à d’autres mesures (photographiques, électriques, etc.) permet en fait de quantifier l’activité solaire. Toutefois, depuis quelques mois, les observateurs se heurtent à un problème de taille : les taches solaires ont disparu ! Phénomène plutôt inhabituel puisqu’il faut remonter à un peu avant la guerre de 14-18, voire au XVIIe siècle, pour retrouver un tel événement : des mois entiers durant lesquels aucune tache n’est visible… On peut donc se poser une double question des plus légitimes : pourquoi une telle anomalie et, d’abord, ces fameuses taches, c’est quoi au juste ?

Origine des taches solaires

Le Soleil, nous avons déjà eu l’occasion de le dire dans des sujets précédents,  est de type spectral G2–V. Quand on le regarde, on lui reconnaît une couleur jaune tirant sur le blanc : il est en réalité plus chaud que la moyenne des étoiles de sa taille puisqu’il accuse environ 5800 kelvins à sa surface, soit 5527 °C (rappelons que la température de son centre, siège des réactions nucléaires, est de l’ordre bien plus élevé de 15 600 000 kelvins). C’est pour cette raison qu’il est classé G2 tandis que la lettre V signifie simplement qu’il est toujours (et pour longtemps) situé sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell des étoiles (voir le sujet : mort d’une étoile). La majeure partie des étoiles de notre galaxie, la Voie lactée (et probablement de toutes les autres galaxies), sont des naines rouges, donc moins chaudes que le Soleil (classé comme une naine jaune) mais, au total, il existe des millions d’étoiles semblables à lui ce qui en fait un astre parfaitement banal. Mais ces taches (que l’on peut voir sur l’image d’introduction) me direz-vous ?

Sur un corps incandescent, une tache signifie simplement que l’endroit est (relativement) plus froid que le reste du corps : on peut le voir par exemple dans une fonderie où les barres d’acier possèdent pour certaines d’entre elles et à certains moments des taches sombres qui tranchent sur le jaune rougeoyant du reste. Pour le Soleil, c’est pareil : les taches sont donc des zones (légèrement) moins chaudes mais pourquoi ?

Il y a quelques années (en 2001), le satellite d’observation SOHO est venu confirmer ce que l’on soupçonnait : une tache solaire

est une espèce d’immense tourbillon (certaines

taches sont grandes comme des dizaines de Terre) où le gaz situé à la surface du Soleil plonge vers l’intérieur à des vitesses de plusieurs milliers de km à l’heure. On sait depuis longtemps que le Soleil est le lieu de gigantesques champs magnétiques et ce sont eux qui enserrent les flux de gaz venant de son cœur et y retournant d’où l’apparition de zones moins chaudes, les taches. Ces taches sont donc variables en tailles et en durées, ces dernières pouvant s’étendre sur plusieurs jours ou semaines. Il existe comme on va le voir des cycles d’activité solaire qui rythment l’aspect de ces taches mais une chose est certaine : leur disparition totale durant des mois entiers est très inhabituelle.

 Cycles solaires

Depuis bien longtemps, les astronomes ont voulu caractériser l’activité solaire, notamment en cherchant à savoir si celle-ci se répétait à termes réguliers, un peu comme il existe un faux « cycle solaire » chaque année (les saisons) dû en fait à la révolution terrestre. Il faudra attendre l’astronome suisse Johann Wolf (1816-1893) – celui du nombre relatif international déjà cité – pour en avoir la certitude : c’est le premier à avoir réussi à quantifier cette activité en comptant les fameuses taches. Précisons toutefois que ces dernières étaient connues depuis fort longtemps : les astronomes chinois et grecs de l’antiquité en parlent dans leurs différents ouvrages mais c’est Galilée qui, grâce à sa lunette astronomique, les observera de façon plus complète.

Ces taches sont, on l’a dit, le lieu d’une intense activité magnétique et un endroit rendu moins chaud que le reste de la surface solaire. Elles évoluent en groupes plus ou moins importants qui, peu à peu, se rapprochent de l’équateur solaire jusqu’à changer de polarité et inaugurer ainsi le cycle suivant. Chacun de ces cycles dure approximativement 11 ans (en fait entre 8 et 15 ans) mais puisque les polarités – on vient de le dire – s’inversent à chaque fois, on peut parler de cycle complet tous les 22 ans. Bien, voilà pour la description mais que peut-on en conclure sur l’activité de notre étoile, activité dont on sait l’importance à notre échelle et à celle de notre planète ?

Contrairement aux idées reçues sur son caractère immuable, le Soleil passe donc par différentes périodes de plus ou moins grande vigueur : on sait que son maximum d’activité correspond à la partie du cycle solaire où existe un maximum de taches ; c’est à ce moment là que les éruptions solaires sont les plus fréquentes et que ses protubérances (les projections de matière depuis sa surface) sont les plus intenses. De nombreuses émissions de rayons (ultraviolets, ondes radio, rayons X) sont contemporaines de ces épisodes d’hyperactivité et cela peut avoir des conséquences importantes pour la Terre avec notamment des perturbations dans les communications (le cauchemar des gestionnaires de satellites), voire même dans les transports aériens. Mais au-delà ? Sur le climat, par exemple ? La question est difficile et pas encore tranchée. Voyons déjà si le passé nous apprend quelque chose.

 Irrégularités du passé

Lorsque l’on se penche sur les chroniques météorologiques (ou sur ce qui en faisait office) dans le passé, on s’aperçoit qu’un important changement climatique a été décrit entre le XVIème et XIX siècle sous le nom de petit âge glaciaire.

·              Le petit âge glaciaire : il s’est étendu approximativement des années 1550-1580 aux années 1850-1860. Il s’agit d’une période de climat froid, notamment décrit en Europe et en Amérique du nord (ce n’est pas une surprise) mais qui a touché le globe dans son entier. En réalité, il semble que cette période ait même commencé plus tôt, les hivers ayant été particulièrement rigoureux, dit la chronique, depuis le XIIIème siècle. On assiste alors à une considérable avancée des glaces et à des phénomènes spectaculaires : on marche à pied sur la Tamise gelée en 1607 et sur la Seine durant 35 jours de suite en 1777 (cette dernière gèlera 24 fois entre 1740 et 1859 mais plus aucune fois - sauf erreur - depuis 1891). En 1709, la méditerranée est gelée à Marseille et à Gènes. Le 21 janvier 1795, au Helder, la cavalerie française de Pichegru s’empare de la flotte hollandaise bloquée par les glaces et durant l’hiver de 1780, à New York, on allait à pied sec (ou plutôt à pied gelé) de Manhattan à Staten Island ce qui, pour ceux qui connaissent, est plutôt difficile à faire aujourd’hui. Autant de signes montrant que, durant ces quelques siècles, il a fait froid, très froid… Bon, mais quel rapport avec les taches solaires ?

·                Les minimums solaires : plusieurs minimums d’activité solaire ont été décrits durant les phases les plus extrêmes du petit âge glaciaire que je viens de mentionner. Il en existe trois : le minimum de Spörer (1420-1570), celui de Maunder (1645-1715) et celui de Dalton (1790-1830). Durant le minimum de Maunder, l’activité magnétique du Soleil a pratiquement disparu durant près de 70 ans sans qu’on ait la moindre idée de la cause. C’est durant ces périodes de moindre activité solaire que des phénomènes bien particuliers ont été décrits : par exemple, durant le minimum de Dalton (30 ans de moindre activité solaire), la station allemande d’Oberlach qui suivait les phénomènes climatiques a décrit une baisse moyenne des températures de 2° sur une durée de plus de 20 ans… 

Quelles conclusions peut-on tirer de ces rapprochements entre le refroidissement du climat et les minimums d’activité solaire ? Précisément que, par un mécanisme encore mal connu, le Soleil a une influence probablement importante sur le climat terrestre même s’il n’est pas seul : des éruptions volcaniques ou des diminutions de courants océaniques sont également évoqués. On ne peut toutefois pas s’empêcher d’avancer deux hypothèses d’origine solaire : une variation du rayonnement et la modulation par le vent solaire des rayons cosmiques. Quelles proportions pour les uns et les autres ? On ne sait pas vraiment.

 La situation actuelle

Depuis 1761 on suit et on compte les cycles solaires. En 2008 s’achevait avec son minimum le cycle 23 ; dès lors devait commencer le cycle 24 avec la montée en puissance progressive de l’activité solaire qui culminerait avec son cortège de protubérances, de maxima magnétiques, de taches, etc. sauf que… il ne s’est rien passé ; on a eu beau scruter, rien à se mettre sous la dent : pas de tache, pas de début de reprise de cycle. Bon, se sont dit les astronomes, tout cela n’est pas bien grave et le Soleil n’est pas un ordinateur, il a quelques irrégularités : tout repartira en 2009 ! Mais au début d’octobre 2009,  le soleil totalisait déjà 8 mois sans la moindre tache… Pourtant, les spécialistes expliquent que le cycle 24 a bien débuté puisque, dans les très rares régions actives pouvant être surveillées, l’inversion des champs magnétiques a bien eu lieu en janvier 2008…

Le cycle en cours semble donc différent des précédents et on ne sait pas quand redémarrera pleinement l’activité magnétique solaire. A en croire la presse spécialisée, il y a même des astronomes qui prédisent la disparition programmée des taches solaires vers 2015 car leurs températures, par insuffisance de champ magnétique, augmentent peu à peu jusqu’à les faire se confondre avec le reste de la surface. Alors, disparition des taches solaires pour longtemps ? Mais, au fait, cela s’est déjà produit… durant les minimums de Maunder et de Dalton notamment… avec les conséquences sur le climat que l’on a décrites : le refroidissement général.

Nous ne savons pas si les taches solaires vont disparaître durablement et, avec elles, survenir une moindre activité de notre étoile. Seul l’avenir (assez proche) pourra nous renseigner mais une chose est sûre : si c’est le cas, si nous approchons d’un nouveau minimum, ce ne sera pas forcément mauvais pour notre planète en ces temps de réchauffement climatique !

Complément : le retour des taches solaires (février 2010)

      En ce mois de février 2010, depuis plusieurs jours, on peut à nouveau observer quelques taches solaires, signe d'une reprise normale du cycle solaire. Aucun scientifique ne semble en mesure d'expliquer les raisons de ce retard de près de trois ans, ni si cette reprise sera véritablement durable. En tout état de cause, on peut penser que le maximum d'activité prévu pour 2012 ne sera probablement pas à la hauteur de celui de 2001 (en raison, précisément, de ce retard) : nous le verrons bien en temps et en heure, de la même façon que nous saurons rapidement si la reprise d'activité actuelle est durable ou un simple épiphénomène. Patience, patience... comme toujours !

... et le nouveau cycle solaire (mai 2013)

     Par comparaison avec les cycles solaires antérieurs rapportés par les chroniques des sociétés savantes, il est tout à fait possible d'estimer l'activité solaire à venir. Le spécialiste des taches solaires David Hattaway (de la NASA) pense que le cycle actuel, le numéro 24, sera probablement centré sur mai 2013 et, du coup, que la période de ce cycle sera de 13 ans (donc 26 ans au total). On peut dès lors faire une estimation du cycle 25 qui suivra et qui devrait être de 19 ans avec un maximum en 2032. En replongeant dans les tables, on s'aperçoit que le cycle 24 actuel est très semblable à celui des années 1799 à 1810 (cycle 5), en intensité et en période. Le cycle suivant devrait donc être le plus faible depuis 200 ans et, toujours selon Hattaway, nous nous dirigerions alors vers un minimum de Dalton (voir plus haut, dans l'article)...

Images

1. taches solaires en 2001 (sources : www.journaldunet.com/)

2. planète tournant autour d'une naine rouge : il s'agit bien sûr d'une vue d'artiste...  (sources : lecosmographe.com)

3. champ magnétique solaire (sources : irfu.cea.fr)

4. protubérance solaire (sources :  www.cea.fr/)

5. la Seine gelée en 1891 (sources : www.meteopassion.com)

6. un soleil... sans taches (sources :  blog.syti.net)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

  Mots-clés :  indice de Wolf - type spectral stellaire GV-2 - diagramme de Hertzsprung-Russell - naine rouge - naine jaune - satellite SOHO - champ magnétique solaire - cycles solaires - petit âge glaciaire - minimums de Spörer, Maunder, Dalton 

(les mots en gris renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 Sujets apparentés sur le blog :

1. mort d'une étoile

 2. origine du système solaire

 3. la couleur des étoiles

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 Mise à jour : 4 mars 2023