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SOLEIL

Une variabilité périodique : les cycles solaires

Si les observateurs du xviie siècle ont pu établir, en quelques semaines, le mouvement des taches (et donc la rotation du Soleil), ils n'ont pas pu s'intéresser aux variations lentes de leur nombre, simplement parce que, pendant près de soixante-dix ans, seules quelques rares taches sont apparues à la surface du Soleil. Cette période de 1645 à 1715 est appelée minimum de Maunder. Mais, à la fin de ce minimum, les observateurs ont pu établir des comptages sur de longues durées.

Les taches solaires

Taches et cycles solaires - crédits : Encyclopædia Universalis France

Taches et cycles solaires

Encyclopædia Universalis France

Dès l'invention de la lunette astronomique, les observateurs ont remarqué l'apparition et la disparition des taches solaires. Mais ce n'est qu'à partir de 1825 que l’astronome amateur allemand Samuel Heinrich Schwabe (1789-1875) s’est mis à compter quotidiennement leur nombre. Dès 1843, il a signalé que le nombre de taches solaires qu'il observait depuis 1826 variait avec une périodicité probable de dix ans. L'astronome suisse Johann Rudolf Wolf (1816-1893) a, lui, caractérisé en 1848 le nombre de taches solaires par un indice prenant en compte leur groupement. Cet indice, nommé nombre de Wolf, permettant d’estimer quantitativement l’activité solaire (magnétique) globale, s'est révélé montrer une périodicité moyenne de onze ans entre deux minima d’activité. On dispose, à vrai dire, d'un enregistrement bien documenté de plus de trois siècles de l'activité magnétique du Soleil, ce qui a permis de numéroter les cycles solaires à partir du minimum de 1755. Ces cycles ne sont toutefois pas identiques entre eux (les valeurs maximales du nombre de Wolf n’étant pas les mêmes) et, au sein d’un cycle, la montée vers le maximum d’activité (durant quatre ans et demi) est nettement plus rapide que la descente vers un minimum d’activité (six ans et demi). Depuis 2020, le Soleil est entré dans un nouveau cycle – cycle 25 – et a commencé sa montée vers un maximum d’activité en juillet 2025.

Les chercheurs se sont aussi intéressés à la distribution des taches à la surface du Soleil dès leur apparition au cours d'un cycle solaire. Le diagramme ainsi construit, dit diagramme papillon, montre que les taches apparaissent à une latitude élevée (+ de 400 N et + de 400 S) lors du minimum d'activité, puis à une latitude décroissante : entre 10 et 150 au maximum d'activité jusqu'à moins de 100 à l'approche du minimum suivant. Ce diagramme se reproduit d'un cycle à l’autre avec toutefois une différence fondamentale : si la polarité magnétique dominante des taches dans un hémisphère du Soleil est Nord durant un cycle, elle devient Sud pour le suivant (et inversement pour l’autre hémisphère solaire). Si l’on identifie ces polarités à la présence d'un champ poloïdal (de type « barreau aimanté », comparable au champ magnétique terrestre), le retour d'un cycle identique (avec une même polarité pour un hémisphère) a lieu tous les vingt-deux ans et non onze. Cette cyclicité alternée a été rapprochée du phénomène de rotation différentielle (le Soleil tournant plus vite à l’équateur qu’au pôle) sur la base d'un modèle de dynamo. Le courant généré par la rotation du plasma crée un champ toroïdal (parallèle à l'équateur) qui émerge pour former les taches en surface dont la migration va finalement (au bout de onze ans) fabriquer un champ poloïdal de signe opposé au champ poloïdal précédent.

L'irradiance solaire

Cette cyclicité, mise en évidence par le nombre de taches, concerne aussi d'autres grandeurs physiques solaires. Qu'il s'agisse du nombre d'éruptions (flares), de protubérances et de CME, tous ces phénomènes d'activité magnétique suivent la même cyclicité de onze ans. Et il est une autre cyclicité plus difficile à mettre en évidence et que[...]

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Écrit par

  • : directeur de recherche émérite à l'Institut d'astrophysique spatiale (CNRS-université Paris-Sud, université Paris-Saclay), Orsay

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Les différentes couches du Soleil - crédits : Encyclopædia Universalis France (photos : NASA)

Les différentes couches du Soleil

Encyclopædia Universalis France (photos : NASA)

Exemple de réactions thermonucléaires au cœur du Soleil - crédits : Encyclopædia Universalis France

Exemple de réactions thermonucléaires au cœur du Soleil

Encyclopædia Universalis France

Exemples de trajectoires d’ondes acoustiques à l’intérieur du Soleil - crédits : Encyclopædia Universalis France

Exemples de trajectoires d’ondes acoustiques à l’intérieur du Soleil

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

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