© 2023 par La Couleur. Créé avec Wix.com

  • Judith Biernaux

La surface du Soleil à très haute résolution


Ce 29 janvier 2020, le télescope solaire Daniel K Inouye dévoilait à la presse une image inédite de la surface solaire vue de très, très près....

Au sommet du mont Mauna Kea à Hawaii se tient un gigantesque télescope solaire, le Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST). Son objectif est de comprendre l'activité du Soleil. Allumé pour la première fois en décembre 2019, DKIST révèle sa première image un mois plus tard : une surface bosselée, craquelée, qui semble bouillir et éclater en petites bulles jaunes. Qu'est-ce que tout cela veut dire ?


Le Soleil, une étoile comme les autres


Vu de la Terre, le Soleil semble scintiller de manière constante et imperturbable. Il n'en est rien : le Soleil est en réalité le siège de réactions nucléaires qui déploient des énergies colossales, il est sujet à d'énormes turbulences et est en perpétuelle activité quasiment chaotique. Le Soleil est une sphère de gaz très chaud et ionisé, c'est-à-dire séparé en particules chargées positivement et négativement. Chaque seconde, il consomme des millions de tonnes d'hydrogène, qu'il transforme via un processus de fusion nucléaire en hélium. En pratique, quatre noyaux atomiques d'hydrogène se rentrent dedans à grande vitesse, pour s'assembler en un noyau plus lourd d'hélium. Cette transformation s'accompagne d'une considérable libération d'énergie, qui rayonne sous forme de lumière et de chaleur. Avant d'être libérée et de venir alimenter nos panneaux solaires ou colorer nos plantes, cette énergie sort du Soleil en poussant avec elle des masses de gaz vers l'extérieur.


Schéma d'une réaction de fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium au sein du Soleil. Image : Wikimedia Commons.

Ce sont ces bulles de gaz que l'ont observe sur l'image de DKIST. Chacune de ces bulles a un diamètre d'environ 8000 km, alors que le diamètre total du Soleil atteint 1.5 millions de km environ. DKIST permet donc de voir des détails d'une taille typique de 0.5% du diamètre total de notre étoile voisine.


L'écrasante majorité des étoiles vit sur ce régime de fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium. À des stades de leurs vies plus avancés, quand elles ont consommé toutes leurs réserves d'hydrogène, les étoiles suffisamment massives peuvent alors commencer à grignoter leurs réserves d'hélium et fabriquer alors des éléments de plus en plus lourd par fusion nucléaire. Mais le Soleil n'en est pas encore là.


Même si le Soleil n'est qu'une étoile comme tant d'autres dans la galaxie, il est très spécial pour nous autres terriens. Il s'agit de notre étoile, qui nous influence directement au quotidien : il permet la vie sur Terre, la photosynthèse, garde notre planète à une température habitable, détermine nos cycles jour/nuit et nos saisons, il gouverne pratiquement notre quotidien. Il ne nous envoie pas que de la lumière et de la chaleur, mais aussi un flux quasiment continu de particules chargées, baptisé vent solaire. Ce vent se propage dans toutes les directions à plusieurs centaines de kilomètres par seconde, notamment vers la Terre, et va parfois même jusqu'à pénétrer notre haute atmosphère via les pôles magnétiques de notre planète. Ce phénomène donne alors de magnifiques aurores boréales.


Une aurore polaire en Antarctique. Photo : Samuel Blanc/Wikimedia commons

Une météo solaire


Si le vent solaire permet ce beau spectacle, il cause également beaucoup de problèmes. Ces particules chargées et énergétiques sont responsables de radiations qui peuvent perturber les signaux de télécommunications, comme ceux des satellites, de la radio ou de la télévision. L'activité solaire magnétique peut aussi endommager les lignes à haute tension en les faisant surchauffer, comme en 1989 au Canada, ou un orage magnétique a provoqué la perte de beaucoup d'équipement d'alimentation électrique et plongé une grande partie du Québec dans le noir.


Notre dépendance à la technologie, aux télécommunications et à l'électricité rend l'humanité de plus en plus vulnérable aux caprices de l'activité solaire. Il devient dès lors de plus en plus important de pouvoir anticiper de telles perturbations, via une sorte de météo solaire. Il s'agit cependant de phénomènes compliqués, chaotiques, et assez mal compris. DKIST représente cependant un pas vers une meilleure compréhension de la météo solaire.


DKIST, le télescope ad hoc


DKIST permet donc de voir de tout petits détails de la surface du Soleil. Il ne s'agit encore que d'un test : ce tout jeune télescope n'est pas encore équipé de tous ses instruments de traitement de la lumière solaire, des spectromètres, qui devront être installés dans les mois à venir et proposer des analyses plus fines de ces images dans le visible et l'infra-rouge.

À cause du vent solaire, il n'est pas évident d'envoyer des instruments observer le Soleil de près directement dans l'espace : il faut protéger leurs systèmes électroniques, qui pourraient être endommagés par ce flux de particules chargées. Garder le télescope sur Terre permet de s'affranchir de ce problème, mais il faut un télescope hautement performant, avec de très gros miroirs, pour atteindre une résolution satisfaisante. Le miroir principal de l'instrument DKIST atteint 4 mètres de diamètre...et a été en partie fabriqué à Liège ! De plus, ce miroir est capable de se déformer pour ajuster sa surface et corriger en temps réel les perturbations de la lumières qu'il reçoit, induites notamment par l'atmosphère terrestre. C'est l'optique adaptative. Un télescope fonctionne essentiellement sur le principe de concentrer la lumière d'étoiles lointaines sur une petite zone. Ainsi, DKIST, qui collecte une grande quantité de lumière solaire pour la concentrer au foyer de son miroir, subit un très fort réchauffement. C'est le même effet qui permet à une loupe de concentrer la lumière solaire sur une feuille, parfois jusqu'à brûler cette dernière. Il a donc fallu construire pour DKIST un imposant système de refroidissement, avec des kilomètres de tuyaux et une véritable piscine de glace.


Toute cette installation occupe beaucoup de place. L'île de Maui abrite de plus en plus de télescopes géants, et est devenue récemment un vrai point fort de l'astronomie sur terre. DKIST a été nommé en hommage à Daniel K. Inouye, un sénateur américain décédé en 2012, qui a donné l'impulsion à ces projets de constructions de télescopes géants à Hawaii. DKIST est posé au sommet d'un volcan endormi baptisé "Haleakala" ou "maison du Soleil". La tradition hawaïenne recèle de nombreux mythes, y compris celui du demi-dieu Maui, qui a du haut de ce volcan attrapé le Soleil au lasso pour ralentir sa course, afin que les vêtements de sa mère puissent sécher. Maui a libéré le Soleil, à la condition qu'il ralentisse six mois par ans et laisse les hommes profiter de plus de lumière et de chaleur.


La construction de télescopes géants sur des sites sacrés à Hawaii n'est pas sans élever des contestations. En particulier, le chantier d'un télescope de trente mètres de diamètre, le Thirty Meter Telescope, a subi à plusieurs reprises des bloquages par des groupes de manifestants pacifiques, opposés à la construction d'un tel observatoire sur un lieu sacré hawaïen. DKIST a également subi cette opposition. À l'heure actuelle, les comités de direction de ces télescopes travaillent de près avec des représentants de la tradition spirituelle hawaïenne afin de cohabiter au mieux et de permettre aux hawaïens de continuer à vivre leur religion sur les sites sacrés. Grâce à cet effort, DKIST a pu être terminé et nous livrer cette image exceptionnelle de la surface de notre étoile à nous, terriens.


Sources


Pages Web du DKIST


Dennis Overbye, Images Show the Sun’s Surface in Greater Detail Than Ever Before, New-York Times, 29 Jan 2020


Nola Taylor Redd, World's largest solar telescope produces never-before-seen image of our star, Space.com, 29 Jan 2020


24 vues