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Je regarde le soleil

C'est une étoile ordinaire, elle est proche de nous et elle a fait l'objet de nombreuses recherches. Mais ça ne veut pas dire qu'on sait tout de lui. Pas même si ce n'est pas fascinant. Ils sont depuis longtemps fascinés par le soleil Kristina Zuza Elosegi (EHU) et Iñigo Arregi Uribe-Etxebarria (Institut d'astrophysique des Canaries). Et le 12 août, comme des millions d'autres yeux, ils regarderont le Soleil pour voir comment la Lune le cache. Ils ont parlé de ce qui va le cacher et de ce qui va le faire apparaître.

Egoitz Etxebeste Aduriz

Le soleil est là. Toujours. C'est une star ordinaire. C'est exactement ce que les deux experts de ce reportage ont décrit. « C’est une étoile très commune », a déclaré Kristina Zuza Elosegi, professeur à l’EHU, « il y a des millions d’étoiles comme le Soleil dans notre galaxie ».

Il a une faible masse, une température d'environ 6 000 ° C à la surface, une couleur jaune, et est situé au milieu de sa vie. Il a été créé il y a environ 4,5 milliards d'années. « C’est une étoile de deuxième génération », souligne Zuza, « qui est née de la matière libérée des explosions de certaines étoiles antérieures ».

Bien que passionné d'astronomie depuis son enfance, le Soleil n'a jamais attiré l'attention de Zuza avant ses études d'astrophysique. Alors il comprit ce qu'est le soleil : « C’est une bombe, parce qu’elle contient une bombe nucléaire en elle-même et parce que l’activité qu’elle a est énorme. »

Cette activité est la conséquence de la structure du soleil. « Dans le noyau, l’hydrogène est converti en hélium. Il y a là une perte de masse qui est libérée sous forme d'énergie. C’est la lumière que nous recevons, la chaleur et toute l’énergie que nous recevons dans tout le spectre des ondes électromagnétiques. »

Cette énergie est extraite du noyau vers l'extérieur - d'abord par un radiatif, puis par un convectif. Dans ce dernier, le plasma chaud augmente, refroidit et redescend, de manière continue. Comme le plasma est composé d'ions, ce mouvement d'ions est un courant électrique qui produit des champs magnétiques. « Le champ magnétique est la clé de l’activité du soleil », dit Zuza.

Ce champ magnétique change constamment en cycles de 11 ans. Au début du cycle, elle est ordonnée en lignes qui vont d'un pôle à l'autre, mais se tord jusqu'au maximum du cycle. Cela augmente considérablement l'activité magnétique de surface, d'où les taches, les éruptions, le vent solaire et les aurores. Dans les éclipses, vous pouvez voir à quel stade se trouve le cycle. « Lorsque le soleil est couché par la lune, la couronne est visible et la forme de la couronne nous montre à quel stade du cycle elle se trouve. Si elle est calme, la couronne sera plus petite aux pôles qu’à l’équateur, et si elle est très active, elle se propage symétriquement dans toutes les directions. » Le cycle a atteint son maximum à l'été 2025, le Soleil est donc toujours dans une phase de haute activité.

Notre étoile

« Dans le grand zoo des étoiles, c’est une étoile très commune », explique aussi l’astrophysicien Iñigo Arregi Uribe-Etxebarria. Arregi étudie le Soleil depuis des années à l’Institut d’astrophysique des Canaries (IAC). Et on voit qu'il aime cette étoile vulgaire. « Il y a des étoiles plus grandes, mais c’est notre étoile, nous la voyons de près. Donc, de notre point de vue, c’est grand. »

C'est l'étoile la plus proche et la plus étudiée. Mais ça ne veut pas dire qu'on le connaisse bien. « D’autres groupes étudient des choses très intéressantes : la cosmologie, le début de l’Univers, sa fin, l’évolution des galaxies. Et même parmi nous, il semble souvent que nous savons déjà tout sur le Soleil », explique Arregi. « Nous avons des télescopes sur Terre et dans l’espace, de mieux en mieux, mais plus nous avons de meilleurs outils et plus nous les voyons en détail, moins nous comprenons. »

« La recherche sur le Soleil reste un domaine très actif », explique Arregi. Et il souligne que les plus grandes questions sont dans trois domaines.

D'une part, l'interaction entre le plasma et le magnétisme. « Le soleil est un plasma. Il interagit avec le champ magnétique, ce qui crée une dynamique. « Nous ne savons pas encore ce qui se passe à de petites échelles. »

D'autre part, la connexion entre l'intérieur et l'extérieur du soleil. « À l’intérieur du Soleil, nous savons à peu près comment se forme le flux magnétique et comment il émerge à la surface, mais nous ne comprenons pas pleinement son rapport avec les structures et les dynamiques de la couronne. Et c'est très important, car cela dépend de l'éruption et de l'explosion de la couronne, et donc de la façon dont l'activité solaire nous affectera sur la Terre. Nous savons reproduire la convection à la surface du Soleil sur nos ordinateurs, mais nous n’avons pas encore répliqué ces structures, leur dynamique et leur évolution dans la couronne. »

Et, troisièmement, le temps spatial: l'impact de l'activité solaire sur la Terre. Les tempêtes solaires peuvent affecter les satellites, le GPS ou les réseaux électriques, et la prévision de ces phénomènes est un défi majeur. C'est précisément dans ce domaine qu'Arregi espère les plus grands progrès, dans un avenir proche: « Il n’a pas seulement un intérêt scientifique. Notre société est de plus en plus dépendante de la technologie et il y a des motivations économiques et militaires. Les États-Unis, l’Europe et la Chine y mettent beaucoup d’argent. »

Dans chacun de ces domaines, de nombreuses questions restent sans réponse. Par exemple, ce qui pendant de nombreuses années a été l'un des plus grands mystères du Soleil: pourquoi la couronne est si chaude. En fait, la surface est à 6 000 ° C, mais au fur et à mesure qu'elle s'éloigne, elle commence à chauffer et la couronne est à plus d'un million de degrés. Au cours des dernières années, des progrès ont été accomplis dans la compréhension de cette question. « Plus ou moins, nous connaissons la réponse », dit Arregi. « Nous savons que c’est le résultat de deux processus : les reconnexions magnétiques et la dissipation des ondes magnétiques, mais nous ne savons pas quelle quantité de chaleur chacun produit, par exemple. »

D'autre part, la couronne a fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années, mais il existe une fine couche entre la surface et la couronne, la chromosphère, qui jusqu'à récemment n'a pas reçu beaucoup d'attention. « Il s’agit d’une couche très mince, d’environ 2 000 km, mais très importante, car il s’agit d’un lien entre l’intérieur et l’extérieur », explique Arregi. « À l'intérieur, c'est le plasma qui domine, le fluide indique au champ magnétique comment se déplacer, tandis qu'à l'extérieur, c'est le champ magnétique qui domine et le fluide se déplace en fonction de lui. De ces deux côtés, il y a un dominateur clair, mais pas dans la chromosphère, les deux sont appariés." La physique là-bas est très complexe. « Nous comprenons moins cette couche. Et c’est essentiel, parce que c’est de là que se forment les structures que nous voyons dans la couronne, et c’est ces structures qui créent le temps spatial. »

Nouveaux regards

Ces dernières années, certaines missions spatiales ont apporté une contribution importante à la connaissance du Soleil. La sonde Parker Solar Probe (NASA, 2018), par exemple, est arrivée pour la première fois à l’intérieur de la couronne et a pu effectuer des mesures correctes. « Un problème que nous avons dans la physique solaire et l’astrophysique en général est que nous ne pouvons pas effectuer les mesures directement. Nous observons et faisons des modèles théoriques ou des simulations numériques, mais sans mesures directes, il est difficile de comparer les deux. Parker a été le premier instrument capable d'approcher le Soleil et de mesurer ses conditions (densité, température, champ magnétique, courants électriques). Par exemple, il est très important de voir si les structures réelles du vent solaire correspondent à nos théories.»

L'orbiteur Solar Orbiter (ESA/NASA, 2021) fournit des images et des données à très haute résolution à de nombreuses longueurs d'onde. Cela permet d'analyser les dynamiques à plus petite échelle. « Et plus on voit à petite échelle, plus on voit des choses intéressantes », souligne Arregi. Mais il souligne également un autre objectif de cette mission: Étudier les pôles du Soleil. « Jusqu’à présent, nous n’avons pas pu bien voir la structure et l’évolution du champ magnétique sur les pôles solaires. L’un des principaux objectifs de Solar Orbiter est de l’éclairer. »

Sur Terre, des télescopes de plus en plus grands sont également en cours de construction pour une observation de plus en plus détaillée. À Hawaï se trouve le télescope DKIST, le plus grand télescope solaire à ce jour, d'un diamètre de 4 mètres. « Aux Canaries, notre institut prépare le télescope EST (European Solar Telescope), qui aura également 4 m », explique Arregi. « Avec eux, nous espérons vraiment que cette interaction entre le magnétisme et le plasma sera bien étudiée. »

La valeur de l'ombre

Parmi toute cette technologie, les éclipses restent également une valeur scientifique. Ils ont joué un rôle important au cours de l'histoire et ont organisé de nombreuses expéditions pour observer les éclipses. 1931 Avant l'invention du coronographe Bernard Lyotek, dispositif qui recouvre artificiellement le soleil, la seule possibilité de voir la couronne était des éclipses, par exemple. « Lorsque la lune recouvre complètement le Soleil, c’est là, tout à coup, là où l’on ne voit généralement rien, que la couronne apparaît », explique Zuza.

D'un autre côté, Zuza a voulu souligner qu'ils ont également servi à faire quelques découvertes importantes en physique. « Le premier calcul exact de la distance entre la Terre et la Lune a été effectué dans une éclipse totale, avant J.-C. Au IIe siècle », il donne son premier exemple. « Il n’y a qu’un seul élément chimique sur Terre qui n’a pas été découvert sur Terre : l’hélium », a-t-il poursuivi. Cela a également été découvert lors d'une éclipse totale par spectrométrie en 1868. « Et peut-être le plus connu, celui où la théorie de la Relativité Générale a été prouvée en 1919. »

Depuis l'arrivée des colonographes, il est possible de créer une éclipse artificielle et d'observer la couronne au moment voulu. C'est ce que font les télescopes actuels. Cependant, comme le dit Zuza, « il n’y a pas de meilleur coronographe que la Lune ».

Arregi a confirmé la même chose: "Malgré la technologie de pointe, les conditions qui se produisent lors d'une éclipse naturelle ne peuvent pas encore être répliquées." En fait, les colonographes introduisent l'artificialité dans les observations. « Ce que nous voyons avec un appareil photo, avec un téléphone portable ou avec nos propres yeux ne ressemble pas à la même chose. C’est la même chose pour les colonographes. » Ils doivent être étalonnés et pour cela, les éclipses sont prises comme référence. « L’étalonnage du matériel des missions spatiales, par exemple, est très important. »

D’autre part, « étant donné qu’il est possible d’observer la même éclipse à partir de différentes parties du monde – sur tout le parcours que traverse l’obscurité – en comparant ces données par la collaboration, c’est un grand avantage », ajoute Arregi. « Ainsi, bien que nos télescopes soient très avancés, les éclipses naturelles sont non seulement une belle expérience, mais elles sont également très utiles d’un point de vue scientifique. »

La magie de l'éclipse

Arregi lui-même n'a pas encore eu l'occasion de vivre cette expérience. Il a essayé deux fois, au Japon et en Chine, mais dans les deux cas, son plan a été contrecarré par le mauvais temps. Des torches, oui. en 1999, il se rend à Munich pour assister à l'éclipse totale. « Je me souviens de ce moment de tout, bua, cette magie !... Surtout, le passage de la partialité à l’intégrité a été si important ! C’est pourquoi j’insiste pour que les gens se déplacent pour voir l’intégrité. »

C'est ce que dit clairement Zuza : "99,9% n'est pas du tout égal à 100%. En raison de la luminosité solaire, ce 0,01 % est suffisant pour ne pas voir la couronne. Pour cette raison, prenez les lunettes homologuées et déplacez-les, s'il vous plaît, dans l'ensemble. Ce moment, ce moment de la vision de la couronne, est vraiment inoubliable."

Les éclipses solaires ont quelque chose d'autre de fascinant pour Zuza. « Nous avons la chance de voir la Lune et le Soleil de la même taille que la Terre. » Le Soleil est 400 fois plus grand que la Lune, mais il est 400 fois plus loin. « Si la lune était un peu plus petite ou un peu plus loin, nous ne pourrions pas voir la couronne dans les éclipses », souligne Zuza. « De plus, la Terre elle-même n’était pas touchée par un satellite comme la Lune, comme Mars ou Vénus, tout au plus par un caillou. Nous avons cette merveilleuse Lune à la suite d'un accident, et il y a aussi ce point précis où il nous permet de voir des éclipses solaires complètes. C’est ce qui m’impressionne. »

Zuza se rendra à La Rioja pour voir le 12 août. Arregi ne sait pas encore s'il la verra en Cantabrie ou à Palencia, mais il sait que la seconde est une meilleure option, car l'intégrité durera plus longtemps et le temps sera plus sûr. Une chose est sûre : « Je ne veux ni instruments, ni télescopes, ni téléphones, ni caméras. Seulement des lunettes, rien de plus."