INTERPLANÉTAIRE MILIEU

L'espace interplanétaire où se meuvent tous les corps du système solaire (Soleil, planètes, astéroïdes, comètes...) est balayé par le vent solaire. Ce vent est l'écoulement fluide d'un mélange d'électrons et d'ions (essentiellement des protons) qui s'échappe en permanence de l'atmosphère solaire à une vitesse de plusieurs centaines de kilomètres par seconde. On appelle plasma un tel mélange de particules chargées. Le plasma du vent solaire est très peu dense (moins d'une dizaine d'atomes ionisés par centimètre cube au niveau de l'orbite de la Terre) ; dans son état actuel, le vent solaire mettrait 100 000 milliards d'années à disperser toute la masse du Soleil dans l'espace interstellaire ; en fait, le Soleil perd sa masse plus rapidement à cause de l'énergie lumineuse qu'il rayonne. C'est certainement à cause de cette raréfaction du plasma qu'il a fallu attendre les années 1950 pour observer et interpréter correctement les processus physiques qui s'y produisent.

La recherche spatiale a permis d'observer in situ le vent solaire grâce aux sondes interplanétaires, apportant ainsi des progrès décisifs dans la connaissance de ce milieu. Le vent solaire est devenu un laboratoire de physique des plasmas : pour la première fois, les astrophysiciens ont pu observer directement un objet d'intérêt astrophysique et parfois même y conduire des expériences actives. Comme toujours, l'élargissement du champ expérimental apporte une clarification des connaissances mais aussi un lot de nouveaux problèmes à résoudre. On a mieux compris les mécanismes de l'expansion d'une atmosphère stellaire dans le vide qui l'entoure et les processus d'interaction entre le vent solaire et les environnements planétaires. Cela a conduit à une coopération entre astrophysiciens et spécialistes de la géophysique externe pour analyser les relations entre l'activité solaire et l'activité géomagnétique. La physique des plasmas raréfiés a ainsi connu des progrès sensibles. Mais bien des interrogations subsistent : sur la frontière entre le milieu interstellaire et la cavité héliosphérique occupée par du plasma d'origine solaire transporté par le vent, sur le mécanisme de pénétration du rayonnement cosmique d'origine galactique dans l'héliosphère, sur le mécanisme de chauffage de l'atmosphère solaire...

Les premiers indices de l'existence du vent solaire

Le milieu interplanétaire est resté jusqu'au milieu des années 1950 un terme désignant l'espace entourant le système solaire. Du point de vue physique, cet espace semblait constituer une bonne réalisation du vide. Aucun frottement sur un fluide interplanétaire n'était décelable dans le mouvement des corps solides qui constituent le système solaire. La lumière zodiacale, observée dès le xvii^e siècle par Jean-Dominique Cassini, indiquait bien la présence d'une matière ténue diffusant la lumière solaire, mais cette matière semblait confinée dans un disque aplati dans le plan de l'écliptique et de dimensions faibles par rapport à celles des orbites planétaires ; on sait maintenant qu'il s'agit là de micropoussières dont la dynamique est presque totalement découplée de celle du vent solaire.

Les queues cométaires

Un autre témoignage d'un contenu matériel de l'espace interplanétaire vient de l'observation des queues de comètes. Isaac Newton imaginait que la friction des noyaux cométaires sur un « éther » interplanétaire arrachait les constituants les plus volatils qui formaient la queue cométaire. Mais les queues des comètes s'orientent systématiquement dans une direction radiale anti-solaire. Elles ne restent donc pas tangentes à la trajectoire des comètes, ce qui serait le cas si elles frottaient sur un « éther » immobile. Un travail d'analyse systématique de la queue des comètes a été conduit par Cuno Hoffmeister dans les années 1940 ; ces queues cométaires sont de deux sortes qui peuvent coexister pour une même comète : les unes sont constituées de micropoussières et de molécules neutres provenant du dégazage des comètes, les autres sont constituées de matière ionisée par le rayonnement solaire. Les premières ont une [...]

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