Tempêtes solaires : Exploration des éruptions explosives du Soleil
Gros plan de la surface du Soleil (DrPixel, Getty Images)
Gros plan de la surface du Soleil (DrPixel, Getty Images)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Découvre les tempêtes solaires et leurs impacts sur la Terre.
Savais-tu que l’espace connaît des conditions météorologiques? Ceci porte le nom de météorologie de l’espace. La météorologie de la Terre dépend de la température et de l’humidité. La météorologie de l’espace dépend du rayonnement, du flux de particules chargées et du vent solaire. Ceux-ci provoquent de puissantes tempêtes. Les tempêtes sont appelées tempêtes solaires ou tempêtes météorologiques spatiales.
Les tempêtes solaires libèrent des rafales de particules à haute énergie et de rayonnement électromagnétique. Celles-ci peuvent créer des motifs colorés dans le ciel au-dessus de la Terre. Elles peuvent aussi avoir un impact sur les satellites. Dans ce document d’information, nous explorerons la science des tempêtes solaires, leurs causes et la façon dont les scientifiques prédisent et comprennent la météorologie de l’espace.
Qu’est-ce qu’une tempête solaire?
Une tempête solaire est une perturbation à la surface du Soleil. Ces tempêtes peuvent prendre la forme de grandes explosions appelées éruptions solaires. Ou elles peuvent être des rafales de plasma appelées éjections de masse coronale, ou CME.
Examinons de plus près ces deux types de tempêtes.
Les types de tempêtes solaires
Les éruptions solaires
Les éruptions solaires s’apparentent à des feux d’artifice provenant du Soleil. Ce sont des explosions massives de rayonnement électromagnétique qui se produisent à la surface du Soleil.
La surface du Soleil est recouverte d’un réseau de champs magnétiques. Parfois, ces champs magnétiques peuvent se tordre et s’entremêler, comme des élastiques trop serrés. Lorsque cette tension magnétique s’accumule, elle peut soudainement se démêler. Cela libère un flux d’énergie sous la forme d’une éruption solaire.
Le rayonnement libéré dans les éruptions solaires peut s’étendre sur tout le spectre électromagnétique allant des ondes radio aux rayons X et aux rayons gamma. Celles-ci peuvent ressembler à un éclat de lumière soudain et intense et peuvent durer quelques minutes, voire des heures.
Image - Version texte
Une photographie en couleur montre une boucle rouge incandescente qui jaillit de la surface du Soleil.
Le Soleil ressemble à une sphère rouge tachetée d’orange et de noir, rayonnant de l’intérieur. En haut à gauche, une gigantesque boucle de matière s’étend dans l’espace et redescend vers la surface du Soleil. Elle ressemble à un liquide translucide, rouge et tordu.
Les types d’éruptions solaires
Les scientifiques classent les éruptions solaires en quatre catégories. Celles-ci sont basées sur la luminosité des rayons X. Les catégories sont : classe X, classe M, classe C et classe B. Chaque catégorie a ses propres caractéristiques et effets sur la Terre.
| Catégorie | Effets |
|---|---|
| Classe B : Celles d’intensité très faible |
|
| Classe C : Celles d’intensité faible |
|
| Classe M : Celles d’intensité moyenne |
|
| Classe X : Celles d’intensité forte |
|
Les éjections de masse coronale (EMC)
Les éjections de masse coronale ne sont pas des événements solaires quotidiens. Ce sont des expulsions massives de plasma et de champs magnétiques qui jaillissent de la couronne solaire.
Les EMC sont dues à des perturbations dans le champ magnétique du Soleil. La plupart des EMC se forment à proximité de taches solaires, qui sont des zones plus froides et plus sombres sur la surface du Soleil.
Les EMC s’échappent du Soleil à des vitesses très élevées. Les EMC les plus lentes voyagent à une vitesse inférieure à 250 kilomètres par seconde (km/s). Celle des plus rapides s’élève à près de 3 000 km/s. Cela signifie que les EMC les plus rapides peuvent atteindre la Terre en seulement 15 à 18 heures!
Magnificent Eruption in Full HD (2012) par NASA Goddard (2 min 11 s)
Image - Version texte
Une photographie en couleur montre un jaillissement de jaune vif provenant de la surface du Soleil.
Le Soleil circulaire occupe la majeure partie de la photographie. Sa surface brille de rouge, d’orange et de jaune tachetés. En quelques endroits, de brillantes stries blanc jaunâtre jaillissent de la surface. Au-dessus de celles-ci, des éclats effilochés jaunes peuvent être vus contre la noirceur de l’espace.
Les EMC sont si intenses qu’elles peuvent poser de sérieux défis pour les activités spatiales. Les tempêtes de rayonnement dans les EMC peuvent être dangereuses pour les vaisseaux spatiaux et les astronautes.
Le savais-tu?
En 2022, la sonde solaire Parker de la NASA est devenue le premier vaisseau spatial à traverser une éjection de masse coronale (EMC). Parker était sur le point de se rapprocher du Soleil pour la 13e fois lorsqu’une EMC a éclaté juste devant lui. Regarde la séquence vidéo ici.
Quels sont les impacts des tempêtes solaires sur la Terre?
Alors pourquoi ne ressentons-nous pas l’impact direct des tempêtes solaires? Le champ magnétique de la Terre nous protège de leurs effets néfastes. Le champ magnétique crée une bulle protectrice autour de la planète appelée magnétosphère. Celle-ci dévie les particules nocives et les redirige loin de la Terre.
Le savais-tu?
Les scientifiques peuvent recréer la protection du champ magnétique terrestre en fabriquant une cage de Faraday. Ce sont des enceintes de protection qui empêchent le rayonnement électromagnétique d’y pénétrer. Découvre comment fabriquer ta propre cage de Faraday ici.
Même si nous ne sommes pas touchés par l’impact total des tempêtes solaires, elles sont toujours perceptibles. Lorsque les tempêtes solaires interagissent avec le champ magnétique de la Terre, elles peuvent causer des perturbations dans le champ. Les scientifiques les désignent sous le nom de tempêtes géomagnétiques.
Les tempêtes géomagnétiques peuvent affecter notre planète de manière fascinante et stimulante. Par exemple, lorsqu’une EMC entre en collision avec le bouclier magnétique terrestre, l’impact peut générer une rafale de rayonnement particulaire dans la haute atmosphère terrestre. Si les particules interagissent avec les molécules gazeuses de la thermosphère terrestre, elles peuvent émettre de la lumière. Ces molécules gazeuses excitées créent des spectacles lumineux captivants que nous appelons des aurores.
Image - Version texte
Une infographie en couleur montre une variété d’objets affectés par la météo spatiale.
Le Soleil est un quart de cercle jaune dans le haut à gauche, sur lequel apparaît le titre « Impacts de la météo spatiale ». Au-delà du Soleil, la noirceur de l’espace s’estompe vers le bleu foncé. Il y a de nombreuses étoiles dans la zone bleu clair. La Terre est un quart de cercle bleu foncé dans le bas à droite. Le bleu vif de son pourtour représente notre atmosphère. Trois rangées de plusieurs objets semblent flotter dans l’espace au-dessus de la Terre.
De gauche à droite, les objets de la rangée du bas incluent : un astronaute en combinaison spatiale étiqueté « Exploration humaine de l’espace »; un avion étiqueté « Aviation »; et une ampoule étiquetée « Énergie électrique ». Les objets de la deuxième rangée incluent : un cylindre métallique équipé de deux panneaux solaires étiqueté « Satellites »; et une tour radio bleu pâle étiquetée « Communications ». Ceux de la troisième rangée incluent : un épais nuage de vert et de mauve au-dessus de l’hémisphère Nord étiqueté « Aurore (lueurs boréales) »; et un symbole d’une boussole étiqueté « GPS ».
Les impacts sur la technologie
Les tempêtes géomagnétiques peuvent avoir un impact sur la technologie, comme les systèmes de communication de la Terre. Tu as peut-être eu des parasites ou des interférences sur ta radio de ta voiture pendant un orage.
De la même manière, l’activité électromagnétique accrue durant une tempête géomagnétique peut interférer avec les ondes radio. Cette interférence peut perturber les communications à longue distance, comme celles utilisées dans l’aviation.
Les tempêtes géomagnétiques ont également un impact sur les satellites. De nombreux satellites en orbite autour de la Terre sont importants pour les prévisions météorologiques, les systèmes mondiaux de localisation (GPS) et les communications. L’augmentation du rayonnement et des particules chargées peut endommager ou perturber les systèmes satellitaires.
Image - Version texte
Une illustration en couleur montre la Terre entourée d’un réseau de satellites en orbite.
La courbe de la Terre balaie l’espace noir. Au-dessus de la surface, on voit une toile de lignes translucides bleu pâle qui se croisent comme un treillis. Sept minuscules satellites voyagent le long de certaines de ces lignes.
La partie de la Terre au premier plan est dans l’ombre et la partie de la Terre à l’arrière-plan est fortement éclairée.
Les scientifiques utilisent une échelle qu’ils appellent l’Échelle G des tempêtes géomagnétiques pour classer les tempêtes. Leur classement dépend de leur degré de perturbation. Les tempêtes sont classées de G1 à G5. Les tempêtes classées G1 causent des perturbations mineures et les tempêtes classées G5 causent des perturbations extrêmes.
La prévision des tempêtes solaires
Comment les scientifiques prédisent-ils les tempêtes solaires? Le Centre canadien de météo spatiale et le Space Weather Prediction Centre sont des organisations nord-américaines qui suivent, analysent et prévoient la météo spatiale. Les scientifiques dans ces centres utilisent des instruments au sol et des satellites pour observer le Soleil à la recherche de changements ou d’activités tels que les éruptions solaires ou les EMC.
Des instruments comme l’Advanced Composition Explorer (ACE) de la NASA orbitent à 1,5 million de kilomètres au-dessus de la Terre. Celui-ci fournit des informations importantes aux scientifiques qui étudient les modèles et les indices pour générer des prévisions météorologiques spatiales.
Le savais-tu?
Tu peux consulter les prévisions de la météo spatiale tout comme tu peux vérifier la météo sur la Terre!
Les tempêtes solaires sont d’extraordinaires phénomènes météorologiques spatiaux. Elles peuvent avoir un impact important sur notre monde. Les scientifiques jouent un rôle majeur en étudiant les effets de ces événements ainsi que les façons de les prédire.
En savoir plus
Les éruptions solaires : à quel point nous menacent-elles ? (2018)
Cette vidéo (2 min 16 s) de Nat Geo France explique les différentes tempêtes solaires et leur impact sur la Terre.
Les éruptions solaires (2015)
Cette vidéo (1 min 21 s) de AFP explique les différentes tempêtes solaires et leur impact sur la Terre.
Chapitre 2 La cage de Faraday
Cette vidéo ( 9 min) de La physique à la chaîne explique la science derrière une cage de Faraday et comment elle est semblable au champ magnétique terrestre.
Références
Canada. (n.d.) Learning about space weather. Natural Resources Canada.
Government of Maine. (n.d.) Geomagnetic Storms. Maine Emergency Management Agency.
Knight, C. (2023 July 27). What you need to know about solar storms, the extreme weather of space. National Post.
NASA. (n.d.) Solar Storms.
NASA. (n.d.) X-Class: A Guide to Solar Flares. Scientific Visualization Studio.
NOAA. (n.d.)Coronal Mass Ejections. Space Weather Prediction Center.
NOAA. (n.d.)Solar Radiation Storm. Space Weather Prediction Center.
NOAA. (n.d.) Space Weather Scales. Space Weather Prediction Center.
O'Callaghan, J. (2021 Dec. 02). What is a Faraday cage?. Live Science.
The European Space Agency. (n.d.) What are solar flares?
UCAR. (n.d.) Coronal Mass Ejections (CME). Center for Science Education.
UCAR. (n.d.) What Is Space Weather and How Does It Affect the Earth?. Center for Science Education.