Les arcs magnétiques du soleil sont-ils une illusion d’optique ?

De loin, le Soleil apparaît vide et sans relief dans la lumière visible. Mais à travers un télescope solaire dans une longueur d’onde différente, il se révèle être beaucoup, beaucoup plus.

Dans l’ultraviolet extrême, le Soleil ressemble à une pelote de laine froissée. Il regorge d’arcs radiants géants connus sous le nom de boucles coronales qui traversent la couronne solaire ou l’atmosphère extérieure. Les boucles coronales sont considérées comme fondamentales pour le fonctionnement du Soleil. Comprendre comment ils se forment, changent et bougent est l’un des principaux objectifs pour comprendre notre étoile la plus proche.

C’est du moins ce que les chercheurs supposent depuis longtemps. Dans un article récent, la physicienne solaire Anna Malanushenko et ses co-auteurs soutiennent que certaines boucles coronales peuvent ne pas être ce qu’elles semblent être. Au lieu de cela, il peut parfois s’agir d’illusions d’optique créées par des plis ou des rides dans des « feuilles » de matériau solaire beaucoup plus grandes que les auteurs appellent des voiles coronaux.

« Si c’est vraiment correct, nous devrons changer toute la façon dont nous regardons et interprétons les boucles coronales », a déclaré Malanushenko, scientifique au National Center for Atmospheric Research à Boulder, Colorado, et auteur principal de l’article publié dans Le Journal d’Astrophysique.

Depuis la capture des premières images de boucles coronales à la fin des années 60, les scientifiques ont émis l’hypothèse de leur structure 3D. Le modèle conventionnel les considérait comme des « tubes » magnétiques formés par les lignes de champ magnétique du Soleil. Les tubes eux-mêmes sont invisibles ; ce que nous voyons est la matière solaire brillante qui les traverse comme de l’eau dans un tuyau d’arrosage. Ce modèle de « tuyau d’arrosage » de boucles coronales correspondait bien à la physique connue et il n’y avait aucune raison d’en douter, du moins au début. Mais finalement, les observations qui ne correspondaient pas ont commencé à s’accumuler.

Tout comme l’air de la Terre s’amincit à des altitudes plus élevées, le plasma brillant du Soleil, ou gaz chargé électriquement, s’amincit avec la hauteur. C’est pourquoi il s’assombrit avec la hauteur, et si les boucles coronales sont vraiment des tubes de plasma, elles devraient en faire autant. Mais de nombreuses boucles conservent une luminosité constante, sans explication évidente.

Si les boucles coronales tracent les lignes de champ magnétique du Soleil, elles devraient gonfler à mesure qu’elles s’éloignent du Soleil à mesure que ce champ magnétique s’étend pour remplir l’espace. « Mais ils ne sont pas aussi larges que nous pensons qu’ils le devraient », a déclaré Malanushenko. « La plupart d’entre eux restent trop minces et nous ne comprenons pas pourquoi. »

Quelque chose n’allait pas, et Malanushenko a commencé à remettre en question les observations elles-mêmes. Après tout, la couronne du Soleil est « optiquement mince » ou translucide, comme le brouillard ou la fumée. Elle voulait comprendre les artifices optiques qui pouvaient se produire dans ce genre d’environnement.

Malanushenko a décidé de simuler le processus d’observation des boucles coronales avec un ordinateur. Elle a réutilisé une simulation 3D du Soleil utilisée à l’origine pour étudier les éruptions, puis a écrit un programme pour « l’observer ». Elle a lancé la simulation et son programme en a pris des « images » 2D, tout comme les télescopes nous donnent des instantanés 2D du vrai Soleil. Effectivement, les instantanés ont révélé des arcs lumineux – des boucles coronales artificielles sur un Soleil simulé.

Mais contrairement au vrai Soleil, Malanushenko pouvait mettre en pause le Soleil simulé et regarder ses structures 3D derrière eux. Et elle a trouvé quelque chose de nettement différent des tubes en forme de tuyau d’arrosage.

« Je n’ai pas de mots pour le décrire, car cela ne ressemble à rien de ce que nous voyons sur Terre », a déclaré Malanushenko, « je veux dire que cette formation ressemble à des nuages ​​de fumée, ou peut-être à un voile ou à des rideaux froissés. . »

Malanushenko a créé un modèle simple pour illustrer comment un voile pouvait produire l’illusion de boucles coronales. L’ombre créée contre le mur représente l’image 2D que nous voyons dans les télescopes solaires. Les plis et les rides du voile créent un motif de brins plus sombres et plus brillants, à certains égards similaires à l’image projetée par de vrais brins en forme de tube.

« Mais bon nombre des brins que vous voyez ici, ce ne sont que des effets de projection. Ils ne sont pas réels », a déclaré Malanushenko.

Malanushenko et ses co-auteurs précisent rapidement que toutes les boucles coronales ne sont pas des illusions visuelles. Il y a eu de nombreux cas où des structures semblables à des tuyaux d’arrosage se sont réellement formées, même dans la simulation étudiée par Malanushenko.

« Ce serait excitant si nous pouvions dire » Notre pensée était fausse, nous avons un paradigme totalement nouveau «  », a déclaré Jim Klimchuk, physicien solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA et co-auteur de l’article. « Ce n’est pas du tout comme ça – mais ces voiles, je suis sûr qu’ils existent, et maintenant c’est une question de proportions : les voiles sont-ils plus courants ou les boucles sont-elles plus courantes ? »

Une chose sur laquelle les co-auteurs s’accordent, c’est qu’il reste encore beaucoup de travail à faire.

« Maintenant, avons-nous une idée de la raison pour laquelle ces structures de voile sont produites? » demanda Malanushenko. « Non ! Nous venons littéralement de les découvrir. Maintenant, nous devons les expliquer, et nous n’avons pas encore de bonne explication. »