Caractéristiques générales du vent solaire

Le Soleil émet en permanence près de 1 million de tonne de matière par seconde dans le milieu interplanétaire. C’est ce que l’on appelle le vent solaire . Le vent solaire est un plasma c’est-à-dire un gaz constitué principalement d’électron et de protons mais également d’ions ( atomes ayant perdu un ou plusieurs électrons ) tels que He² et d’autres plus lourds. La vitesse du vent solaire lent est d’environ 300km.s-1. Il varie peu en fonction du cycle solaire et ne dépend pas de l’activité solaire. Le vent solaire rapide quant à lui est varie entre 500 et 800 km.s-¹ . Il dépend fortement du cycle et de l’activité solaire. Ce sont ses sursauts qui pourront avoir des conséquences sur Terre.

Existence de deux types de vents : un vent solaire lent , situé principalement dans le plan de l’écliptique ( plan d’orbite de la terre ) en période de minimum d’activité solaire, et un vent solaire rapide situé aux plus hautes latitudes. La figure ci-contre montre les vitesses d’échappement de la matière solaire, mesurées par la sonde Ulysse, en fonction de la latitude du soleil, en période de minimum solaire. La séparation entre vent rapide et lent a lieu à ± 15°.

Les particules du vent solaire entraînent avec elles le champ magnétique solaire , qui est dit gelé dans le plasma. Il reste néanmoins ancré sur le Soleil et est donc entraîné par la rotation du Soleil. Les lignes de champ décrivent alors des spirales dans le milieu interplanétaire.

A gauche : Schéma de la direction des lignes de champ magnétique solaire (en bleu), de l’écoulement du vent solaire (en rouge) et localisation de la ligne neutre (en vert) séparant les polarités positive et négative du champ magnétique solaire.

A droite : Schéma des lignes de champ magnétique interplanétaire

Pourquoi étudier le vent solaire

Voici quelques unes des questions que l’on se pose encore sur le vent solaire.

• Origine du vent solaire Les mécanismes d’accélération qui conduisent au vent solaire rapide Processus précis d’émission du vent solaire lent
• Composition précise, notamment en éléments lourds Les mesures des isotopes de l’oxygène permettent de contraindre les modèles d‘évolution de notre système solaire (en complétant les mesures des météorites effectuées sur Terre) ; Ces sont également de bons indicateurs pour contraindre les modèles de chauffage de la couronne solaire ainsi que les processus d’accélération du vent solaire
• Prévision de l’orientation du champ magnétique interplanétaire Nécessaire pour des prévisions des interactions Vent solaire / Terre ;
• Les relations entre vent solaire et rayons cosmiques Le champ magnétique interplanétaire agit-il comme un bouclier contre la propagation des rayons cosmiques ? Les variations de flux de rayons cosmiques est-il lié à l’activité solaire ?

En plus, le vent solaire est un formidable laboratoire de physique des plasmas. Les conditions physiques qui y règnent (température, vitesse, composition, pression) sont en effet impossibles à reproduire en laboratoire sur Terre. Les mesures dans le vent solaire permettent ainsi de mieux étudier des sujets comme :

• Propagation d’ondes
• Interactions ondes-particules
• Ondes de choc
• Turbulence
• Reconnexion magnétique
• Transfert d’énergie

Ces sujets intéressent tous les domaines d’astrophysique (onde de choc des supernovae, turbulence dans les nuages magnétiques interstellaires, vent stellaire etc …) : les mesures directes dans le vent solaire des futures sondes Solar Orbiter et Parker Solar Plus devraient permettre des progrès rapides en contraignant les modèles théoriques.

Mais les astrophysiciens ne sont pas les seuls à être intéressés par ces études. Les recherches sur la fusion contrôlée confrontent les physiciens à des questions sur le transfert d’énergie, la turbulence ou les interactions ondes-particules équivalentes à celle des astrophysiciens. C’est donc une approche complémentaire : l’un contrôle les paramètres de son expérience (les physiciens) tandis que les autres apportent des éléments de réponse sur des échelles de temps et d‘espace inaccessibles sur Terre (astrophysiciens).