Le Soleil magnétique
Lignes du champ magnétique du Soleil (capture d’écran, NASA)
Lignes du champ magnétique du Soleil (capture d’écran, NASA)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Découvre le puissant champ magnétique du Soleil en constante évolution.
Savais-tu que le Soleil, comme la Terre, possède un champ magnétique? Ce champ affecte notre planète et notre système solaire! Apprends-en davantage sur son fonctionnement.
Qu’est-ce qu’un champ magnétique?
Certaines matières peuvent produire un champ magnétique. Nous appelons les objets fabriqués à partir de ces matières des aimants. Les aimants permanents créent et conservent leurs propres champs magnétiques. Un aimant de réfrigérateur est un exemple d’aimant permanent. Les autres objets n’ont les propriétés d’un aimant que temporairement. Ils les obtiennent en étant magnétisés.
Le magnétisme est une force exercée par les aimants lorsqu’ils s’attirent ou se repoussent. Cette force est causée par le mouvement des particules chargées. Grâce à ce mouvement, chaque atome agit comme un minuscule aimant. Dans la plupart des matières, un nombre égal d’électrons tournent dans des directions opposées. Cela annule leur magnétisme. Mais dans les matières fortement magnétiques, comme le fer, le nickel, le cobalt et l’acier, les électrons tournent tous dans le même sens.
Le savais-tu?
Les matières fortement magnétiques peuvent être magnétisées en entrant dans le champ magnétique d’un aimant.
Les aimants ont deux extrémités que l’on appelle pôles. L’un des pôles est appelé pôle nord et l’autre pôle sud. Les pôles opposés (nord et sud) s’attirent mutuellement. Les mêmes pôles (nord et nord, ou sud et sud) se repoussent. C’est pour cette raison que les aimants peuvent se rapprocher ou s’éloigner les uns des autres.
Nos yeux ne nous permettent pas de voir les champs magnétiques, mais nous pouvons les visualiser en utilisant de la limaille de fer et une barre aimantée, comme dans la vidéo ci-dessous.
Vidéo Champ magnétique d'un aimant droit - démonstration (2021) par PatProf (1 min 33 s).
Les motifs que forment les limailles sont des lignes de champ magnétique. Les lignes de champ magnétique sont proches les unes des autres, là où la force magnétique est forte. Elles sont plus éloignées les unes des autres, là où la force magnétique est faible. La densité des lignes de champ indique la force du champ.
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Voici cinq illustrations en couleur de champs magnétiques autour de différents types d’aimants.
Le titre « Champs magnétiques » se trouve dans le coin supérieur gauche. En dessous, un sous-titre indique « S = pôle sud » en lettres bleues et « N = pôle nord » en lettres rouges. Chaque aimant est à moitié bleu et à moitié rouge.
En commençant par la gauche, le premier croquis porte le titre « Barre aimantée ». Il s’agit d’une longue barre rectangulaire. La moitié gauche est bleue et marquée « S ». La moitié droite est rouge et marquée « N ». Des lignes grises avec des flèches se déploient en éventail autour de l’aimant. Ces lignes sont étiquetées « Lignes de champ ». Les lignes s’étendent à partir du pôle nord et s’incurvent jusqu’au pôle sud. Les lignes sont plus rapprochées près des extrémités des aimants, et plus éloignées au centre.
Le croquis qui suit porte le titre « Aimant en fer à cheval ». Il a la forme d’un U majuscule. L’extrémité supérieure gauche du U est le pôle sud, et l’extrémité supérieure droite est le pôle nord. Là encore, les lignes de champ s’étendent à partir du pôle nord, s’incurvent et se dirigent vers le pôle sud. Elles sont plus rapprochées aux extrémités des pôles, créant une zone dense de lignes entre le U et au-dessus de celui-ci. Elles sont plus éloignées à l’extérieur et en dessous du U.
Le troisième croquis est intitulé « Courant électrique ». Il comporte une batterie cylindrique le long de la partie inférieure. La moitié gauche est bleue et marquée d’un symbole « - ». La moitié droite est rouge et marquée d’un symbole « + ». Un fil de couleur dorée relie les extrémités négative et positive avec une section enroulée entre les deux. Ici, les lignes du champ magnétique traversent le fil enroulé. Certaines lignes viennent former des cercles autour du fil enroulé.
Le quatrième croquis porte le titre « Les pôles opposés s’attirent ». Ce croquis montre deux barres aimantées, côte à côte. L’extrémité gauche de chaque barre aimantée est le pôle sud, tandis que l’extrémité droite est le pôle nord. Les lignes de champ magnétique partent des pôles nord et se dispersent jusqu’à atteindre les pôles sud. Elles se répartissent aussi entre le pôle nord de l’aimant gauche et le pôle sud de l’aimant droit, créant ainsi une forme de bulle.
Le cinquième croquis porte le titre « Les pôles identiques se repoussent ». Ce croquis montre aussi deux barres aimantées, côte à côte. Les parties extérieures de chaque barre aimantée correspondent aux pôles sud, tandis que les parties intérieures correspondent aux pôles nord. Les lignes de champ magnétique partent des pôles nord et se dispersent jusqu’à atteindre les pôles sud. Il n’y a aucune ligne de champ qui passe entre les deux aimants.
Le champ magnétique du Soleil
Le noyau du Soleil est exposé à une énorme pression provenant des couches extérieures du Soleil. Cette pression enlève des électrons aux atomes d’hydrogène. Ce mélange de noyaux atomiques chargés positivement et d’électrons chargés négativement est ce que les scientifiques appellent le plasma. Le mouvement de ces électrons dans le plasma du Soleil crée un champ magnétique complexe et dynamique. Ce phénomène s’étend à l’ensemble du système solaire.
Le savais-tu?
Le plasma est un état de la matière.
Les scientifiques ont essayé de comprendre le champ magnétique du Soleil à l’aide de modèles informatiques. L’animation de droite a été créée à l’aide du modèle de surface de source de champ potentiel, le Potential Field Source Surface (PFSS) model. Les lignes blanches représentent les lignes de champ fermées. Celles-ci partent du Soleil et se terminent au Soleil. Les lignes vertes représentent les lignes de champ ouvertes positives. Les lignes violettes représentent les lignes de champ ouvertes négatives. Les lignes de champ ouvertes ne retournent pas au Soleil. Elles se connectent à d’autres champs magnétiques dans l’espace.
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L’animation montre des lignes blanches, violettes et vertes qui se déplacent rapidement autour d’une sphère grise.
Le Soleil est représenté par la sphère grise. Parfois, de petites taches noires aux rebords blancs se déplacent à la surface. Au-dessus, les lignes les plus proches sont des rangées de boucles blanches. Elles partent du Soleil, s’élèvent dans l’espace et redescendent. Les formes obtenues ressemblent à de grosses limaces qui se déplacent sur la surface. Entre les formes blanches, et autour d’elles, nous voyons des lignes vertes et violettes beaucoup plus longues. Ces lignes s’étendent en éventail dans l’espace sans se courber ni produire de boucles. Elles bougent et se déplacent en permanence. Toutefois, les lignes vertes se déplacent autour de la moitié supérieure de la sphère, alors que les violettes se déplacent autour de la moitié inférieure.
Évolution du champ magnétique solaire de 1997 à 2013. (NASA)
Les lignes de champ magnétique peuvent se croiser et se rompre soudainement. Ce phénomène envoie les particules voisines dans l’espace à grande vitesse. C’est ce qu’on appelle la reconnexion magnétique. Tu peux penser à un élastique qui se rompt s’il est trop étiré.
La reconnexion magnétique joue un rôle important dans des phénomènes comme les éruptions solaires et les éjections de matière coronale. L’image de droite montre une reconnexion magnétique entre les deux zones brillantes sur la gauche.
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Voici une illustration en couleur montrant des boucles de lumière jaune jaillissant de la surface du Soleil.
La courbe du Soleil est visible près du bord gauche de l’image. Sa surface est tachetée de rouge et d’orange. Le jaune brille en dessous. À quelques endroits, de la lumière jaune jaillit de la surface. Au-dessus de cette lumière, on peut voir des éclats de lumière jaune ondulée se détachant sur le noir de l’espace.
La couronne du Soleil
La plus grande partie de l’activité du champ électromagnétique se produit dans la couronne du Soleil. La couronne est la couche la plus externe du Soleil. L’activité que nous pouvons observer comprend les taches solaires, les éruptions solaires, les vents solaires et les éjections de matière coronale. Ces phénomènes sont parfois appelés tempêtes solaires. Ils influent sur la météo spatiale, qui a une incidence sur le champ magnétique de la Terre.
Le savais-tu?
La couronne est beaucoup plus chaude que la surface du Soleil. La température de la couronne est d’environ 1 million de degrés Celsius alors que celle de la surface d’environ 5 500 degrés Celsius!
Taches solaires
Les taches solaires sont une caractéristique très visible du Soleil. Les taches solaires ressemblent à des taches sombres à la surface du Soleil. Les « taches » sont des zones de la taille d’une planète où le champ magnétique est très fort. Elles paraissent plus sombres parce qu’elles sont plus froides que leur environnement. Mais elles sont quand même très chaudes! La température de la surface du Soleil est d’environ 5 500 degrés Celsius. Une tache solaire a une température d’environ 3 200 degrés Celsius.
Les taches solaires ont deux parties principales.
- L’ombre est la partie la plus sombre d’une tache solaire. C’est là que le champ magnétique est très fort. Il est orienté directement vers le haut depuis la surface du Soleil.
- La pénombre est la zone moins sombre autour de l’ombre. La pénombre possède des structures étirées appelées filaments pénombraux. Ceux-ci semblent sortir de l’ombre.
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Voici une photo en noir et blanc de deux taches noires avec des bords gris devant une surface gris clair.
La photo est prise du haut vers une surface tachetée de gris et de blanc. Il y a une grande tache noire en haut au centre, et une plus petite en dessous à gauche. Chaque tache comporte une lisière gris foncé. On dirait des fils brillants qui s’étirent dans le noir. Quelques minuscules taches noires sont disséminées sur le reste de la surface.
Le cycle solaire
Le cycle solaire, aussi appelé cycle d’activité magnétique solaire, cycle des taches solaires ou cycle de Schwabe, est le cycle d’activité que traverse le Soleil tous les 11 ans environ. Cette activité est mesurée par le nombre de taches solaires.
Au cours d’un cycle solaire, le comportement du Soleil suit un schéma connu. Il commence par une faible activité, puis passe à une forte activité, et retourne de nouveau à une faible activité. Comme les taches solaires, le nombre d’éruptions solaires suit également le cycle solaire.
Le champ magnétique du Soleil s’inverse une fois par cycle solaire. Cela signifie que le pôle nord devient le pôle sud et que le pôle sud devient le pôle nord. L’inversion se produit lorsque le cycle solaire s’approche du maximum solaire. C’est la période où l’activité solaire est la plus intense.
Après deux cycles solaires, le champ magnétique du Soleil revient à son état initial. À ce stade, il a terminé un cycle solaire de vingt-deux ans. En procédant au suivi du nombre de taches solaires, les scientifiques savent où se trouve le Soleil dans le cycle.
En 2023, le Soleil sera dans le cycle solaire 25. Il s’agit du 25e cycle depuis le premier enregistrement de l’activité des taches solaires en 1755.
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Voici un graphique en couleur montrant les taches solaires des années passées et les prévisions pour les années à venir.
L’axe des x est intitulé « Temps universel ». Cet axe passe de 2020 à gauche, à 2032 à droite. L’axe des y est intitulé « Nombre de taches solaires ». Cet axe va de 0 en bas, à 200 en haut. Une légende le long du bord inférieur fournit des informations sur trois différentes lignes du graphique. La première ligne est un losange bleu traversé par une ligne. Elle correspond aux « Valeurs mensuelles ». La seconde est une ligne violette qui correspond aux « Valeurs mensuelles lissées ». La troisième est une ligne rouge qui correspond aux « Valeurs attendues ».
De 2020 à 2023, on constate une suite de losanges bleus reliés par des lignes bleues en zigzag. Celles-ci passent d’un peu plus de 0 en 2020 à environ 170 en 2023. Une ligne violette passe entre ces lignes en zigzag et prend fin juste avant 2023. Une ligne rouge passe sous les losanges, de 0 en 2020 à environ 90 en 2023. La ligne s’incurve jusqu’à 120 d’ici 2025, puis redescend près de 0 d’ici 2032.
Sous le graphique, une ligne de temps montre une ligne qui s’incurve abruptement vers le haut et vers le bas entre 1755 et 2023.
Avec l’augmentation de l’activité solaire, tu sauras pourquoi tu commences à entendre parler de notre incroyable Soleil magnétique!
En savoir plus
Nouveau cycle solaire : voyez les effets sur Terre
Cet article de Météomedia étudie l'évolution du cycle solaire au fil du temps, son évolution future et ses conséquences pour la Terre.
Les cycles du soleil (2020)
Cette vidéo (2 min 17 s) de Futura explique les cycles solaires, l'activité du soleil au cours de son 25e cycle et les prévisions des scientifiques pour l'avenir.
Références
Khan Academy. (N.d.). What are magnetic fields?
Hill, D. (2023). Sun Releases Strong Solar Flare. NASA.
Wikipedia (n.d.). Solar Cycle.