Scruté depuis Galilée, le Soleil n’en reste pas moins un astre mystérieux: de nombreux phénomènes physiques qui s’y déroulent, comme les tempêtes solaires, et leur impact sur la Terre, intriguent toujours les scientifiques.

Voici un tour d’horizon des grandes énigmes que la mission Solar Orbiter vise à élucider.

Héliosphère

On sait depuis les années 1970 qu’il existe un milieu magnétique ambiant dans l’espace interplanétaire, l’héliosphère, où le Soleil dicte sa loi. La Terre, comme toutes les autres planètes du système solaire, est donc baignée dans cette sphère d’influence.

L’héliosphère fonctionne comme un « cocon magnétique, une bulle dans la galaxie », explique Miho Janvier, de l’Institut d’astrophysique spatiale. Elle nous protège des rayons cosmiques venus d’au-delà du système solaire, mais les phénomènes énergétiques qui s’y déroulent représentent aussi une menace car elle baigne dans un flot permanent de particules solaires potentiellement dangereuses.

La Terre est heureusement protégée par sa propre bulle générée par son champ magnétique, la magnétosphère, semblable à une « cloche » que le champ magnétique du Soleil vient parfois frapper, détaille la physicienne.

L’un des principaux objectifs de Solar Orbiter est de comprendre comment le Soleil contrôle l’héliosphère, et de faire la connexion avec ce qui est ressenti sur Terre: c’est ce qu’on appelle météorologie de l’espace, une discipline récente qu’il faut affiner.

Et ce grâce à l’association inédite de deux types d’instruments: de télédétection, pour l’observation, et « in situ », pour mesurer l’environnement autour de la sonde.

Vents et tempêtes

Les vents solaires remplissent l’héliosphère. Découverts dans les années 1960 par Eugène Parker, qui donna son nom à une sonde solaire envoyé en 2018 par la Nasa, ce sont des écoulements continus de particules en provenance du Soleil.

Ils sont tantôt lents, tantôt rapides, et cette variabilité demeure inexpliquée. « D’où viennent ces différents vents ? Est-ce le même vent qui varie ? Quelles sont les différentes sources d’où ils s’échappent », s’interroge Miho Janvier.

Autre mystère: le mécanisme à la source des tempêtes solaires, ces événements brefs mais violents qui perturbent les vents, provenant la plupart du temps d’éruptions qui surviennent dans la couronne – couche la plus externe de l’atmosphère du Soleil.

Mais ces tempêtes peuvent aussi « partir sans prévenir, donc sans signe d’éruption associée, d’où la difficulté de les prévoir », poursuit la physicienne.

Les éruptions, appelées « éjections de masse coronale », envoient dans l’espace des particules à très haute énergie, avec un champ magnétique bien plus fort que les vents. « On ne sait toujours pas quel mécanisme permet d’accélérer les particules solaires à de telles énergies. On a des théories, mais il nous manque encore plein de pièces du puzzle », souligne Miho Janvier.

« Avec Solar Orbiter, on pourra observer en permanence les régions qui sont liées directement aux sources des vents. Les images permettront de visualiser les éruptions solaires », se réjouit Matthieu Berthomier, du laboratoire de physique des plasmas de l’école Polytechnique.

Pôles

Pour la première fois de l’histoire, Solar Orbiter va prendre des images des pôles du Soleil. A quoi ressemblent-t-ils ? « On n’en a aucune idée », affirme Miho Janvier. Etienne Pariat, de l’Observatoire de Paris, anticipe qu’ils seront « un peu plus sombres que vers l’équateur », où il y a davantage d’activité.

Imager les pôles devrait aider à comprendre comment circule le champ magnétique de l’étoile à haute latitude, élément clé pour comprendre les cycles solaires.

Cycles

Le Soleil a des cycles d’activité d’environ 11 ans, identifiables en fonction du nombre de taches à sa surface – que Galilée (1564-1642) fut le premier à étudier.

Les éjections solaires surviennent surtout autour du pic activité. « C’est en phase maximum qu’il y a le plus de conséquences sur les activités humaines. En ce moment, il y a très peu d’éruptions car on est en période de minimum solaire; dans 5 ou 6 ans, il y en aura plus », relève Etienne Pariat.

Mieux connaître ces cycles est important, notamment dans l’optique de l’exploration, car « il vaudra mieux envoyer les humains sur Mars en période de minimum ».

Couronne

La couronne solaire dépasse le million de degrés alors que la surface du Soleil atteint « seulement » 6.000 degrés. Ce gigantesque gap défie les lois de la nature, qui voudraient que plus on s’éloigne d’une source de chaleur, plus la température baisse. Résoudre ce mystère est l’un des principaux objectifs de la sonde Parker, envoyée en 2018. Solar Orbiter lui donnera des images de contexte.

« On pense que les phénomènes de chauffage de la couronne et de la création du vent solaire sont liés, mais on ignore pourquoi », analyse Etienne Pariat.