En 1859, l’événement Carrington, la tempête géomagnétique la plus intense de l’histoire enregistrée, a créé des expositions aurorales spectaculaires dans le monde entier, illuminant le ciel nocturne si brillamment que les oiseaux ont commencé à chanter et les ouvriers se sont mis au travail, croyant à tort que le soleil s’était levé. Les systèmes télégraphiques du monde entier – essentiels pour la communication à l’époque – ont commencé à tomber en panne lorsque des incendies se sont déclarés et que des poteaux télégraphiques se sont renversés, plongeant « l’Internet victorien » dans le chaos. La cause? Une éruption solaire massive avec l’énergie de 10 milliards de bombes atomiques crachait du gaz électrifié et des particules subatomiques vers la Terre.
« Heureusement, nous n’avons rien eu d’aussi fort du soleil depuis », déclare Edward Rhodes, expert solaire et professeur de physique et d’astronomie à l’USC Dornsife. « Mais l’inquiétude est maintenant la suivante : le soleil générera-t-il un événement si grave à l’avenir qu’il causera des problèmes auxquels nous ne sommes tout simplement pas préparés ? Maintenant, tout est informatisé, ce qui aurait évidemment des conséquences majeures. »
Rhodes, qui a rejoint l’USC Dornsife en 1978, est un pionnier dans le domaine de la physique solaire connue sous le nom d’héliosismologie expérimentale, qui utilise des techniques sismiques – similaires à celles employées par les géophysiciens pour étudier la Terre – pour explorer la structure interne et la dynamique du soleil.
Rhodes essaie de comprendre si la structure du soleil change en réponse aux changements du cycle d’activité solaire. Pour ce faire, lui et son équipe étudient les taches solaires, des régions de champs magnétiques puissants de la taille d’une planète à la surface du soleil qui semblent plus sombres parce qu’elles sont plus froides que leur environnement.
« Si nous pouvons améliorer nos prédictions concernant les changements dans le nombre de taches solaires et l’activité du cycle solaire, alors nous pourrons peut-être améliorer notre connaissance de la météo spatiale et déterminer ce qui est susceptible de causer des problèmes majeurs sur Terre et ce qui ne l’est pas. « , dit Rhodes.
« Il y a encore beaucoup de variabilité d’un cycle à l’autre dans ce que fait le soleil à un moment donné », dit-il. « En faisant des recherches fondamentales sur le soleil en tant qu’étoile pour en savoir plus sur la façon dont il change, nous pouvons coupler ce que nous apprenons sur ces changements avec des recherches sur la météo spatiale pour déterminer si un événement particulier sera aussi fort que dans la même phase du cycle précédent, par exemple.
Cycles solaires et taches solaires
Les cycles solaires ont été observés pour la première fois en 1610 par Galilée, qui a également observé les taches solaires en pointant son petit télescope réfracteur sur une surface en papier ou en carton et en regardant le disque lumineux du soleil, parsemé de taches solaires sombres, se déplacer dessus. Après avoir observé plusieurs taches sur l’hémisphère avant du soleil, il s’est rendu compte que lorsque certaines disparaissaient pour réapparaître de l’autre côté du soleil deux semaines plus tard, il s’agissait des mêmes taches – elles avaient simplement été invisibles de la Terre parce qu’elles étaient sur le l’autre côté du soleil. Ces informations ont ensuite permis à Galileo de calculer la vitesse de rotation du soleil en mesurant la vitesse à laquelle ces taches se déplaçaient.
Le célèbre astronome italien et son contemporain, l’astronome anglais Thomas Harriot, ont eu la chance de mener leurs observations à une période d’activité solaire maximale. Tous deux étaient tombés par hasard sur une période de 35 ans avant que le soleil n’entre dans une période prolongée d’activité minimale, maintenant connue sous le nom de minimum de Maunder, lorsqu’il y avait très peu ou pas de taches solaires visibles à la surface du soleil pendant environ 70 ans entre 1645 et 1715.
Pendant cette période, l’hémisphère nord de la Terre s’est légèrement refroidi. Les glaciers se sont étendus, les rivières ont gelé et les températures ont chuté dans les grandes villes du nord de l’Europe.
Un nouveau minimum de Maunder ?
Rhodes et ses étudiants ont enquêté pour savoir si les récentes affirmations selon lesquelles le soleil se dirigeait vers un autre minimum de Maunder pourraient être vraies.
« L’étude des cycles solaires montre que le nombre de taches solaires sur le soleil a culminé il y a plusieurs années », explique Rhodes. « Au fur et à mesure que les cycles solaires devenaient plus faibles, cela commençait à ressembler un peu à un complot composé de taches solaires de Galileo et Harriot menant à ce minimum de Maunder. »
Rhodes, assisté de son groupe de recherche, exploite la tour solaire de 60 pieds du mont Wilson depuis qu’il a rejoint l’USC Dornsife en 1978. L’un des deux télescopes solaires du mont Wilson, c’est le seul encore officiellement en activité.
Peu de temps après l’arrivée de Rhodes à l’USC Dornsife, le siège de la NASA l’a engagé pour rejoindre l’équipe de l’Agence spatiale européenne qui planifie le vaisseau spatial de l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO). Le vaisseau spatial terminé, qui pouvait pointer ses caméras vers le soleil 24 heures sur 24, est entré en orbite en 1996. Il est devenu le principal instrument du vaisseau spatial jusqu’à ce qu’il soit supplanté par le nouveau système de caméra de 16 millions de pixels à bord du Solar Dynamics Observatory, lancé en 2010.
Rhodes et son équipe ont utilisé les données de SOHO pour étudier le cycle 23. Maintenant, ils étudient les cycles 24 et 25 avec l’expérience d’imagerie héliosismique et magnétique sur l’Observatoire de la dynamique solaire. Tous les deux ou trois mois, ils reçoivent de nouvelles données partiellement traitées par l’université de Stanford. Les étudiants de Rhodes sont formés pour traiter ces données afin que l’équipe puisse voir à quoi ressemble la signature de ces changements dans les fréquences des oscillations solaires à ce cycle solaire par rapport aux deux précédents.
« Au cours de la dernière année environ, nous pouvons voir que le soleil ne sera peut-être pas beaucoup plus faible dans ce cycle solaire, notre 25e, que dans le cycle précédent, comme cela avait été prédit », a déclaré Rhodes. « En outre, l’absence à long terme prévue de taches solaires pourrait ne pas commencer au milieu des années 2030, comme certains experts l’avaient affirmé, et pourrait ne pas se produire avant des siècles dans le futur. »
Éviter de confondre activité solaire et changement climatique
Rhodes met en garde contre le fait de lier l’activité solaire au changement climatique ou de conclure qu’un nouveau minimum de Maunder pourrait aider à compenser le réchauffement climatique.
« Parce que le minimum de Maunder s’est produit lorsqu’il y avait des changements dans le climat de la Terre, je craignais que si le soleil entrait dans un autre minimum prolongé de 70 ans d’activité, les gens diraient: » Vous voyez, nous vous avons dit que le soleil fait la Terre se refroidit maintenant un peu, que dans le passé trop d’activité solaire réchauffait la Terre », et ce n’est pas le cas», dit Rhodes.
Même les petits changements dans la luminosité globale du soleil ou l’irradiance solaire totale – la quantité de lumière solaire qui atteint chaque mètre carré au sommet de l’atmosphère terrestre chaque seconde – ne semblent pas suffisants pour provoquer des différences à long terme dans climat.
Étonnamment, au moment où les taches solaires augmentent, ce qui ferait assombrir légèrement le soleil, l’irradiance solaire totale augmente. Les scientifiques pensent que, collectivement, la partie non ponctuelle de l’atmosphère solaire s’éclaircit plus que les taches solaires ne s’estompent.
« Le fait qu’il devienne le plus brillant lorsqu’il y a le plus de taches sur le soleil, puis s’affaiblit un peu lorsqu’il y en a moins signifierait que si nous avions 70 ans de quelques taches, le soleil serait juste un peu plus faible », a déclaré Rhodes. dit. « Même un Maunder Minimum prolongé ne compenserait que brièvement et de manière minimale le réchauffement causé par l’homme, et les températures mondiales rebondiraient rapidement une fois l’événement terminé. »