Image d’une éruption solaire (l’éclat à gauche) prise par la sonde SDO le 31 décembre 2023. La colorisation permet de montrer la lumière ultraviolette qui émane de la matière extrêmement chaude éjectée par le Soleil. Photo: NASA/SDO
Les éclipses solaires offrent des occasions uniques d’étudier le Soleil. En effet, une fois cachée, notre étoile dévoile mieux ses contours.
Sur l’écran de son ordinateur, Paul Charbonneau montre une image fascinante de l’éclipse solaire du 16 février 1980, sur laquelle la couronne du Soleil se déploie comme des pétales scintillants derrière la Lune. « On observe souvent une couronne avec ce type de formes étirées lors des périodes d’activité maximale du Soleil, décrit le professeur en astrophysique au Département de physique de l’Université de Montréal (UdeM). Chaque éclipse est unique ! »
Et chaque éclipse est aussi une occasion rêvée d’observer la couronne solaire et la chromosphère. Ces régions externes du Soleil restent autrement invisibles, écrasées par la luminosité un million de fois plus intense de la surface visible (la photosphère).
« La Lune, en réalité, constitue notre meilleure alliée technologique. En cachant le Soleil, elle offre un moment idéal pour son observation, car on ne peut pas “éteindre” le Soleil autrement », résume Kelly Korreck, astrophysicienne responsable du programme des éclipses solaires 2023 et 2024 à la NASA.
Attendre une éclipse pour comprendre le Soleil : cette réalité peut paraître paradoxale, à l’heure où des satellites, des sondes spatiales et des instruments de pointe permettent de scruter notre étoile sous tous les angles. Ainsi, les sondes Parker et Solar Orbiter, respectivement lancées en 2018 et en 2020, sont bien placées pour observer l’étoile. La sonde Parker s’en est même approchée à 7 millions de kilomètres en septembre dernier, pulvérisant les records.
Mais aussi téméraires soient-elles, ces sondes ont un désavantage par rapport à l’observation d’une éclipse naturelle depuis la terre ferme. Elles sont dotées d’un instrument, appelé coronographe, qui simule une éclipse artificielle en bloquant la lumière de la photosphère pour observer les couches moins lumineuses. Cependant, leur coronographe masque une surface un peu plus grande que celle que la Lune masque lors d’une éclipse, ce qui laisse une région de la chromosphère dans l’ombre de l’instrument. « En observant le Soleil depuis l’espace, on rate une partie importante des structures qui sont situées tout près du disque solaire », mentionne Clara Froment, chercheuse au Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace au Centre national de la recherche scientifique (CNRS), en France.
La chercheuse, qui est par ailleurs impliquée dans les missions Parker et Solar Orbiter, précise que les observations sur Terre lors d’éclipses naturelles et dans l’espace sont complémentaires, notamment pour comprendre ce qui se passe à l’interface entre la photosphère et le reste de l’atmosphère solaire. La chromosphère, adjacente à la photosphère, est uniquement visible pendant les éclipses, sous forme d’un mince anneau rougeâtre. « C’est une région qui, même avec les satellites, est très difficile à observer », explique Paul Charbonneau, titulaire de la Chaire de recherche de l’UdeM en astrophysique solaire.
Une couronne mystérieuse
Illustration: Shutterstock
Or, l’atmosphère solaire est loin d’avoir livré tous ses secrets. Les propriétés thermiques inhabituelles de la couronne, notamment, ont longtemps intrigué les astrophysiciens. « Pourquoi la température de la couronne est-elle si chaude par rapport à celle de la surface du Soleil ? Et pourquoi l’atmosphère du Soleil s’échappe-t-elle et s’étend-elle dans notre Système solaire en créant des vents solaires ? » s’interroge Clara Froment.
La couronne solaire, composée de plasma (du gaz ionisé) et s’étendant sur des millions de kilomètres, se distingue par ses températures extrêmement élevées, défiant l’imagination : 1 million de degrés Celsius ! Cela contraste avec la surface solaire, qui avoisine plutôt les 6000 degrés Celsius. Pour illustrer ce phénomène singulier, on pourrait le comparer à la chaleur émise par un feu de camp, qui deviendrait brusquement beaucoup plus intense quand on s’éloignerait des flammes. Un paradoxe thermique !
Cette énigme a été en partie résolue justement grâce aux sondes spatiales Parker et Solar Orbiter, qui ont observé de près les « boucles coronales », des structures de plasma en arc de cercle qui s’étendent de la photosphère à la couronne solaire. L’oscillation constante de ces boucles, sous l’effet de phénomènes magnétiques, produit énormément d’énergie et serait possiblement la cause de ces températures extrêmes, selon une étude publiée l’été dernier.
Soleil en ébullition
L’éclipse qui nous attend promet d’être particulièrement propice à l’observation de la couronne, car le Soleil est en pleine « ébullition », au cœur d’une période d’activité accrue – le Soleil suit un cycle d’environ 11 ans d’un pic d’activité au suivant.
Selon un article paru en septembre 2023 dans Science, « l’activité du Soleil a déjà dépassé les prévisions, atteignant des niveaux jamais vus depuis 20 ans, et le maximum solaire pourrait arriver dans le courant de l’année [2024] ». Ce maximum était attendu pour 2025, mais notre astre semble en avance…
Au pic de son activité, le champ magnétique du Soleil s’inverse. Cette agitation se manifeste par une intensification de taches, d’éruptions et de tempêtes solaires. Ces phénomènes magnétiques, en projetant d’importantes quantités de particules et de rayonnements dans l’espace, peuvent avoir des répercussions ici, sur Terre, en perturbant entre autres les systèmes de télécommunications. « On s’attend à plus de phénomènes transitoires tels que les éruptions solaires et les éjections de masse coronale, qui sont des particules à haute énergie se déplaçant à travers le Système solaire » signale Clara Froment, du CNRS.
Ces tempêtes éruptives correspondent à des « flashs » qui se produisent à la surface du Soleil et éjectent des flux de protons, d’électrons et d’ions à grande vitesse. Les plus grosses explosions, les éjections de masse coronale, peuvent expulser des millions de tonnes de plasma dans l’espace. Ce sont ces « orages magnétiques » se déplaçant jusqu’à 3000 km/s qui peuvent atteindre la Terre en quelques heures, perturber les télécommunications et générer des aurores boréales à des latitudes basses.
Si l’activité solaire atteint un pic pendant l’éclipse, cela pourrait modifier de façon grandiose la forme de la couronne solaire… y compris pour le commun des mortels, qui pourra même observer le phénomène avec des lunettes prévues pour l’observation (et à l’œil nu pendant la phase de totalité). C’est d’ailleurs ce qu’espère Paul Charbonneau. « Ce serait très intéressant d’observer une éjection de masse coronale au moment précis de l’éclipse totale d’avril. Il faudrait être très chanceux, mais cela s’est déjà produit en 1860 d’après des dessins de cette époque », raconte le chercheur. En effet, plusieurs personnes ont immortalisé l’éclipse solaire totale du 18 juillet 1860 en réalisant des dessins. Sur ceux-ci, on peut voir distinctement ce qui ressemble à une éjection coronale. Le scénario se répétera-t-il en 2024 ?
L’éclipse dans l’œil averti des scientifiques
Dans tous les cas, les scientifiques se tiennent prêts. La NASA soutient cinq projets qui seront mis en branle lors de l’éclipse du 8 avril. Deux d’entre eux seront menés à bord d’un avion militaire WB-57 volant à haute altitude (environ 15 000 mètres d’altitude, contre 5000 à 12 000 mètres pour les avions de ligne). Étant donné que l’avion suit l’ombre de la Lune, il bénéficie d’une durée prolongée de l’éclipse totale, soit environ 6 à 7 minutes.
« Malheureusement, les scientifiques ne peuvent pas monter à bord. Seuls les instruments y seront », indique Kelly Korreck, astrophysicienne à la NASA. À cette altitude, les scientifiques évitent les contraintes météorologiques au sol et la turbulence atmosphérique, ce qui leur garantit des conditions idéales pour la collecte de données. Une caméra filmera des images dans le spectre visible et dans l’infrarouge, et sera à l’affût de nouveaux éléments dans la couronne solaire. Un spectrographe, quant à lui, décomposera la lumière reçue en différentes longueurs d’onde pour déterminer la composition et la température de la couronne et des éjections de masse coronale. « Les données recueillies pourront nous fournir des informations sur la température de cette région particulière du Soleil », précise Kelly Korreck.
L’équipe de la NASA se concentrera également sur l’analyse d’un anneau de poussière enveloppant le Soleil et sur la détection d’astéroïdes qui pourraient orbiter à proximité de notre étoile. « La poussière peut sembler banale, mais, pour nous, elle revêt un intérêt considérable, explique Kelly Korreck, car celle-ci subsiste depuis la formation du Système solaire [il y a environ 4,5 milliards d’années] ». En effet, le Soleil était enveloppé d’un disque de gaz et de poussières lors de la formation du Système solaire. Une petite fraction de ces poussières demeure aujourd’hui sous la forme de multiples anneaux en orbite autour du Soleil.
Lors de l’éclipse, Paul Charbonneau sera probablement au sommet d’une montagne dans la région des Cantons-de-l’Est. Son conseil ? « Ne perdez pas de temps à faire des selfies ou à prendre l’événement en photo. Vivez le phénomène ! » Il y aura assurément des instruments scientifiques qui l’immortaliseront à votre place.
Qu’ont appris les scientifiques grâce aux éclipses solaires ?
Les éclipses solaires jouent depuis longtemps un rôle dans l’avancement de la science. Une éclipse en particulier, celle du 29 mai 1919 (visible notamment en Amérique du Sud), a permis de vérifier la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui postule que la lumière provenant d’étoiles lointaines devrait être légèrement déviée par des objets massifs en raison de la courbure de l’espace-temps. Les scientifiques de l’époque ont mesuré la position des étoiles pendant la nuit, sans la présence de l’objet massif qu’est le Soleil, ainsi que pendant une éclipse solaire totale, moment où elles apparaissent dans le ciel en même temps que notre étoile. « En observant des étoiles derrière le Soleil pendant que celui-ci était obscurci, les scientifiques ont vérifié la position des étoiles et ont constaté que leur lumière avait bel et bien été déviée [par le Soleil] », indique Kelly Korreck, astrophysicienne à la NASA.
C’est aussi en partie grâce à des observations réalisées pendant une éclipse solaire que l’on a découvert l’hélium en 1868. Le spectroscope, un instrument inventé en 1815, décompose la lumière en plusieurs longueurs d’onde. L’astronome français Jules Janssen profita de l’éclipse de 1868 pour prendre des mesures. Il remarqua alors une raie de lumière jaune dans le spectre d’émission de la couronne, dont la longueur ne correspond à aucun élément connu. L’hélium, dont le nom vient du grec hêlios (soleil), venait d’être découvert.
