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Cycle solaire

Un cycle solaire est une période pendant laquelle l'activité du Soleil varie en reproduisant les mêmes phénomènes que pendant la période de même durée précédente.

Vue de la Terre, l'influence du Soleil varie principalement selon une période journalière et annuelle. Dans l'absolu, l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) solaire est réglée par un cycle d'une période moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) de 11,2 ans d'un maximum au suivant mais la durée peut varier entre 8 et 15 ans. L'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des maxima peut varier du simple au triple. Le cycle de 11 ans a été déterminé pour la première fois par l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) amateur allemand Heinrich Schwabe vers 1843. En 1849, l'astronome suisse Johann Rudolf Wolf (1816-1893) établit une méthode de calcul de l'activité solaire basée sur le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de taches. Les cycles de Schwabe sont numérotés à partir du maximum de 1761 (voir tableau). En 2003, le cycle 23 est sur le déclin, le cycle 24 commencera en 2012.

 1  1761  9  1848  17  1939
 2  1770  10  1860  18  1947
 3  1778  11  1872  19  1958
 4  1788  12  1884  20  1968
 5  1804  13  1894  21  1981
 6  1816  14  1906  22  1991
 7  1828  15  1917  23  2001
 8  1838  16  1928  24  (2012)

En liaison avec le cycle de 11 ans, existe un cycle de 22 ans qui concerne le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...) solaire. En effet, les polarités de ce dernier s'inversent à chaque nouveau cycle de 11 ans.
Un cycle de 179 ans peut être également mis en évidence. Une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) (K.D. Wood) donne pour raison de ce cycle les " marées " solaires provoquées par les planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...), principalement Vénus, Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...), Mars et Jupiter ; la période de révolution (La période de révolution, est le temps mis par un astre pour accomplir sa trajectoire, ou révolution, autour d’un autre astre. Comme une planète autour du Soleil, ou un satellite autour d’une planète.) de Mercure étant trop faible vis-à-vis de la durée du cycle de 11 ans. Wolf a également remarqué un cycle de variation des maxima d'une période de 90 ans. Pendant les années d'activité maximale, on constate une augmentation :

  • du nombre de taches solaires et des sursauts solaires
  • du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) corpusculaire
  • du rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.)

Les taches solaires

Une tache solaire
Une tache solaire

Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un physicien et astronome italien du XVIIe siècle, célèbre pour avoir jeté les fondements des sciences...) fut sans doute le premier à les remarquer vers 1610. Par la suite, l'observatoire de Zurich en poursuivit l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...). Elles apparaissent dans la photosphère (La photosphère est la couche de gaz qui constitue la surface visible du Soleil.) comme une zone sombre (l'ombre) entourée d'une région plus claire (la pénombre), sont plus froides que la photosphère ambiante (4 500 K contre environ 5 800 K pour la photosphère), et sont dues à une augmentation locale du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique. Leur plus grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de km.

Les taches apparaissent souvent en groupe, et sont souvent accompagnées d'autres taches de polarité magnétique opposée (groupe de taches bipolaire). Au début du cycle solaire (Un cycle solaire est une période pendant laquelle l'activité du Soleil varie en reproduisant les mêmes phénomènes que pendant la période de même durée précédente.), les taches apparaissent de préférence à haute latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.) dans les deux hémisphères (vers 40 o); de plus, les premières taches d'un groupe sont en général de même polarité. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long du cycle, les taches vont se rapprocher de l'équateur jusqu'au début du cycle suivant; à ce moment là, la polarité des taches de devant change.

L'observation des taches solaire est facile et permet de constater la rotation du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...) sur lui-même en 27 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....). Il ne faut cependant jamais regarder directement le soleil sans lunettes adaptées. On peut observer les taches en projetant l'image du soleil sur une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds....) de papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de...) à l'aide d'une simple paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de jumelles (On désigne par le terme jumelles un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à l'observation d'objets à distance, constitué de deux lunettes symétriques...).

Le nombre de Wolf ou Sunspot Number

La formule suivante permet d'estimer l'activité solaire R en fonction du nombre (t) de taches, du nombre (g) de groupes de taches et d'un coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un...) k corrigeant le résultat en fonction des moyens d'observation (observateur, instrument...). R = k(t + 10g) Le nombre de Wolf maximum du cycle 19 a atteint 190 tandis que le cycle 14 n'a pas dépassé 70. Malgré son imprécision le nombre de Wolf a l'intérêt d'exister depuis 250 ans tandis que l'observation scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) avec des moyens modernes n'a que quelques cycles dans ses bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...).

La mesure du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines suivants :) radioélectrique solaire

La radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts dans...) est née avec le radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la...), en 1942 pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) Guerre mondiale. Les ondes radioélectriques émises par le Soleil proviennent de la chromosphère (La chromosphère est la couche de gaz de couleur rose, transparente pour la lumière visible, qui entoure la photosphère.), là où la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) est entièrement ionisée (plasma) et de la couronne. La fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie...) de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) émise dépend de Ne, la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps...) d'ion/m3.

Les perturbations solaires (éruption, sursauts) font varier le spectre des émissions radio.

La mesure de l'amplitude du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le spectre s'étend des ondes décamétriques aux rayons gamma en passant par la lumière visible.) sur 2800 MHz (en W/Hz m²) donne un indice d'activité solaire plus fiable que le nombre de Wolf. Des mesures sont aussi effectuées sur d'autres fréquences (245 MHz, 410 MHz,... 15,4 GHz)

L'étude de l'activité solaire permet de comprendre les phénomènes de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) et de prévoir d'éventuelles perturbations des communications radioélectriques sur Terre.

Conséquences

Les variations de l'activité solaire se traduisent par des fluctuations de la propagation des ondes radio (Les ondes radio ou ondes hertziennes sont des ondes électromagnétiques qui se propagent de deux façons :). La gamme de fréquences la plus touchée couvre les ondes dites décamétriques ou ondes courtes qui se propagent à longue distance grâce à l'ionosphère (L’ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est-à-dire entre 60 et 800 km d'altitude. Elle est constituée de gaz fortement ionisé à très faible pression (entre 2.10-2 mb...). Pendant les orages magnétiques, la très forte ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des...) des couches hautes de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) peut perturber voire interrompre les communications avec les satellites (Satellite peut faire référence à :) avec les conséquences graves que l'ont peut imaginer pour les télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme synonyme officiel...), la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :), le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au...) géographique...

Calcul du cycle solaire calendaire

Attention: ce concept n'a pas de relation avec la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) et les cycles magnétiques du Soleil, ni avec le calcul du numéro des cycles de Schwabe (haut de page).

Le cycle solaire est le nom donné à un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) du calendrier (Un calendrier est un système de repérage des dates en fonction du temps. Ces systèmes ont été inventés par les hommes pour mesurer, diviser et organiser le temps sur de longues durées. Initialement conçus pour être en...) utilisé dans le comput ecclesiastique.

Dans le comput ecclesiastique, le cycle solaire est le rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du sous-espace vectoriel engendré par cette famille. Le théorème du rang lie le rang et...) d’une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dans le cycle de 28 ans d'une échelle de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) commençant arbitrairement en l’an 20 de l’ère chrétienne. Dans le calendrier julien (Le calendrier julien a été choisi par Jules César en 46 av. J.-C., en qualité de pontifex maximus, ce qui lui donnait la responsabilité de fixer le début de chaque année. Ce calendrier fut...), les jours de la semaine se retrouvent aux mêmes dates au bout de 28 ans et notamment les dimanches, jours consacrés autrefois au Soleil.

Il existe un calendrier perpétuel (Un calendrier perpétuel indique le jour de la semaine pour n'importe quelle date, quelle que soit l'année — par opposition à un calendrier traditionnel qui se limite à une année donnée.) fondé sur le cycle solaire, valable dans le calendrier julien et jouant le même rôle que le calendrier perpétuel fondé sur la lettre dominicale.

La connaissance du cycle solaire équivaut à celle de la lettre dominicale julienne.

Méthode de calcul en prenant 2006 pour exemple:

  • Ajouter 8 à l'année (2006+8=2014);
  • Prendre le reste dans la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) par 28 (2014/28≈71,9 tronqué à 71. Or 71×28=1988 au lieu de 2014, il reste donc 26);
  • Ajouter 1 (26+1 = 27)

Le cycle solaire de 2006 vaut 27.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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