Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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130 Des outils pour sonder l’Univers CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Scruter le Soleil avec GOLF-NG Voilà quatre siècles au moins que le Soleil manifeste une activité fortement variable montrant, de manière récurrente, des taches sombres à sa surface. Les incidences de cette variabilité sur l’atmosphère terrestre restent encore mal comprises des chercheurs malgré des corrélations surprenantes avec le climat du passé. L’invention de techniques innovantes permettra seule de maîtriser les processus générant cette variabilité et de prédire l’activité solaire du prochain siècle. Le CEA, impliqué dans les problématiques d’environnement terrestre, construit un deuxième spectromètre à résonance multicanal appelé GOLF-NG (pour Global Oscillations at Low Frequency et New Generation). Pour cet instrument, il s’agira d’éclaircir les rôles respectifs joués par le cœur solaire et la région de transition entre la photosphère et la chromosphère d’où émergent des régions plus sombres appelées « taches solaires » ou plus brillantes appelées « facules » (figure 1). Depuis plus d’une dizaine d’années, le satellite SoHO (pour Solar and Heliospheric Observatory) scrute le Soleil interne et externe, en continu, grâce à une dizaine d’instruments capables d’enregistrer Photo Link
toutes les manifestations de son activité – une collaboration entre l’ESA et la NASA. Ainsi SoHO suit, en permanence, les éjections de matière coronale, l’émission de particules appelée « vent solaire » ou encore des taches sombres apparaissant régulièrement à la surface du Soleil et migrant, au cours du temps, des hautes latitudes vers l’équateur. Les astrophysiciens connaissent bien la source de ce phénomène occasionné par une température locale plus froide associée à une augmentation du champ magnétique. Le mérite revient à ce satellite d’avoir révélé l’origine interne de cette activité magnétique grâce à la mesure d’ondes stationnaires permanentes excitées par la convection. Il suit donc de nouveaux indicateurs d’activité depuis déjà plus de 15 ans. Le principe des mesures sismiques solaires La meilleure façon de connaitre les ondes internes pénétrant jusqu’au cœur du Soleil consiste à mesurer la variation temporelle de la « vitesse Doppler » du Soleil par rapport à l’observateur et d’en extraire le spectre de fréquence des modes internes. Cette vitesse, d’environ 1 km/s, s’apprécie en fonction du décalage en longueurs d’onde de raies bien connues comme le sodium ou le nickel. Ces raies d’absorption se forment dans l’atmos - phère solaire agitée par la turbulence. La raie de sodium est utilisée par GOLF et le nickel par MDI (pour Michelson Doppler Imager), deux instruments embarqués sur le satellite d’observation SoHO. C’est l’analyse de la lumière provenant des raies d’absorption de ces éléments dans l’atmosphère solaire qui donne ces vitesses. L’instrument GOLF offre aux astrophysiciens un concept de spectromètre à résonance extrêmement performant. Il opère par étapes. La première consiste à filtrer les photons solaires dans une gamme de longueurs d’onde correspondant à la raie du sodium. Ensuite, les photons ainsi absorbés sont capturés dans une cellule contenant un gaz pur de sodium, puis réémis dans un mince pinceau de longueur d’onde, sur chaque flanc de raie. Par sa référence atomique, il s’agit d’une méthode de précision unique. Elle permet notamment de mesurer l’interférence constructive des modes générant un signal stochastique dont la vitesse est de l’ordre du Un zoom sur une tache solaire montre comment la granulation de surface fait place à une matière dominée par le champ magnétique. CEA nombre de tâches solaires (TS) 250 200 150 100 50 0 TS annuelles TS mensuelles FIGURE 1 1 1600 1700 1800 1900 2000 Année Figure 1. Depuis les premières observations de Galilée, le nombre de taches a varié sur la surface du Soleil, rythmé par un cycle de 11 ans, mais avec une amplitude encore inexpliquée. m/s. Ce signal se surimposant à la vitesse globale du déplacement du soleil, sa mesure temporelle donne le spectre fréquentiel des modes. Pour améliorer la qualité de détection de signaux individuels très faibles, GOLF-NG va extraire le signal à huit hauteurs dans la raie du sodium NaD1 (figure 2). Les signaux extrêmement faibles d’un Soleil bien turbulent Depuis plus de dix ans, les sondes spatiales se succèdent : après SoHO viennent les satellites PICARD (1) (microsatellite du Cnes) et SDO (pour Solar Dynamics observatory) dont les lancements sont prévus pour fin 2009. Grâce à ces instruments, les (1) Du nom de l’astronome français Jean Picard (1620-1682) qui fit les premières mesures de précision du diamètre solaire au XVII e siècle. intensité intensité 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 Figure 2. Principe de mesure du spectromètre à résonance multicanal : les huit mesures bleues sont simultanées car la cellule, remplie de gaz de sodium, est placée dans un aimant à champ variable ; l’alternance de mesures bleues et rouges est garantie par un polarisateur à cristaux liquides. 2 3 4 5 6 7 8 9 -15 -10 -5 0 5 10 15 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 a) GOLF-SoHO b) GOLF-NG -15 -10 -5 0 5 10 15 différence de vitesse (km/s) 10 11 17 15 13 12 16 14 18 19 CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 131 20 21 22 23



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