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Posté par Adrien le Mercredi 25/04/2018 à 00:00
Des pièges à ions multichargés dans la couronne solaire
Pourquoi l'atmosphère externe du Soleil: la couronne solaire, étendue mais très peu dense, est-elle beaucoup plus chaude que les couches de surface plus basses ? Cela reste une question posée aux scientifiques. Une nouvelle étude de G. Fleishman et al., parue le 17 avril 2017 dans The Astrophysical Journal et co-écrite par des membres du pôle solaire du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des...), montre à partir de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support...) UV et magnétique effectuées par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Solar Dynamics Observatory (SDO, expériences AIA et HMI) qu'une partie seulement de 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...) des boucles coronales est visible dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.). De la matière reste cependant invisible aux observations (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...). Le phénomène serait dû, selon les auteurs, au piégeage des ions multichargés dans un des pieds de la boucle. Ces ions, responsables de l'émission ultraviolette, viendraient s'y concentrer, au détriment du sommet et de l'autre pied de la boucle et échapperaient par conséquent à la détection des observateurs.


Région active AR 11158, au moment de l'éruption X2.2 du 15 février 2011. Superposition de la carte de composante verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) de la densité de courant (La densité de courant électrique est définie comme le courant électrique par unité de surface (figure). Mathématiquement, le courant et la densité de courant sont liés par la relation :) électrique photosphérique (montant en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), descendant en bleu) et de l'émission UV observée par SDO/AIA dans la bande 171 Å (zones grises). La superposition a été réalisée par Sophie Musset en stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un lieu adapté :) M2 au pôle solaire du LESIA. La carte de courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces...) a été réalisée au pôle solaire du LESIA de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir...) en appliquant le code d'inversion UNNOFIT (Landolfi et al., 1984; Bommier et al., 2007) aux 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 événement, etc.) de SDO/HMI.

La répartition des ions multichargés dans la couronne solaire (La couronne solaire est la partie de l'atmosphère du Soleil située au-delà de la chromosphère et qui s'étend sur des millions de kilomètres en se diluant dans l'espace.) serait rendue inhomogène par l'existence de ce piège. Cela expliquerait 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 de référence est l'eau pure à...) globale des ions, plus faible que la densité mesurée par leurs émissions, qui est locale. Un écart notable avait en effet été noté dans l'abondance de certains éléments (ceux facilement ionisables) entre la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) solaire et la couronne, que l'existence de ce piège pourrait expliquer par les inhomogénéités spatiales qu'il induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...).

Il y aurait aussi dans la couronne, des boucles et de la matière qui ne se manifestent pas de manière visible mais qui constituent néanmoins un réservoir d'énergie libre (En thermodynamique l’énergie libre F (appelée aussi "énergie libre de Helmholtz") est une fonction d’état extensive dont la variation permet d'obtenir le travail utile susceptible d'être fourni par un système...), suspectée par les théoriciens dans leurs bilans énergétiques des éruptions solaires (Aschwanden, Xu & Jing, 2014). En effet, les boucles coronales sont situées au-dessus des régions actives où se produisent les éruptions.

La présence du piège pourrait s'expliquer ainsi: il a été remarqué que les émissions UV se situent préférentiellement au-dessus des zones de courant électrique photosphérique(*) montant (composante de vecteur densité de courant (On notant i le courant électrique dans une portion de conducteur, et soit un vecteur élément de surface d'une section droite de ce conducteur, on pose  :) Jz > 0). Dans leur article, Gregory Fleishman, du New Jersey (Jersey est la plus grande des îles Anglo-Normandes, dont la capitale est Saint-Hélier. Sa superficie est de 118,2 km2 et elle est peuplée de 91 084 habitants (Jersiais ou plus plaisamment Crapauds).) Institute of Technology (USA), et ses collaborateurs ont proposé une explication théorique de cette dissymétrie. Le courant va du pôle + (Jz > 0) au pôle - (Jz 1, c'est-à-dire si l'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant,...) est multichargé, la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) d'entraînement domine. Alors ces ions descendent vers la photosphère (La photosphère est la couche de gaz qui constitue la surface visible du Soleil.) à l'extrémité Jz > 0 de la boucle de courant. Comme les couches plus basses de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) solaire sont plus froides que la couronne, les ions se recombinent alors avec les électrons qui les entraînaient et leur charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour...) Z diminue. Lorsqu'ils atteignent l'état de charge Z=1, cela s'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement,...), la force électrique devient dominante et ils sont renvoyés vers le haut (et vers le pôle -), où ils s'ionisent de nouveau sous l'effet de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...) et tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) recommence. C'est le piège à ions.

C'est en superposant des cartes d'émission UV des ions multichargés et de courant électrique photosphérique, que la dissymétrie +/- a été mise en évidence dans les rubans d'éruptions solaires. Cette superposition, procédé innovant, a été effectuée au pôle solaire du LESIA. Les cartes de champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées...) sont dues à l'analyse de la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la...) des raies spectrales émises par les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) ou ions, ce qui fait donc intervenir la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) atomique. Ce procédé est le résultat d'une action pluridisciplinaire, au cours de laquelle des chercheurs de plusieurs spécialités (observations solaires, physique atomique) ont été réunis. En regardant le même objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...) sous deux aspects différents, le bénéfice est plus grand qu'un simple doublement de l'information.

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Source: CNRS-INSU
 
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