Perdu dans l'espace! Le Soleil ne se comporte pas comme le prédisaient les scientifiques
De : https://strangesounds.org/2023/09/lost-in-space-the-sun-is-not-behaving-as-scientists-predicted.html
12 septembre 2023
Le soleil semble immuable, une ampoule céleste ennuyeuse et toujours allumée. Mais cette boule de plasma alimentée par fusion est en flux constant. Tous les 11 ans environ, elle oscille entre le sommeil et une époque active et indisciplinée marquée par des taches solaires et des éruptions solaires, telles que des éruptions cutanées et des explosions de plasma.
Le soleil approche maintenant de son niveau d'activité maximum dans le cycle actuel, et il ne se comporte pas exactement comme prévu. Les scientifiques avaient prédit que ce cycle serait faible, comme le précédent, mais le soleil présente un niveau d'activité jamais vu depuis plus de 20 ans. En juin et juillet de cette année, selon les données de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), il y avait en moyenne environ 160 taches solaires par jour, soit plus de deux fois plus que prévu. Les éruptions solaires se multiplient également.
L’écart entre prédiction et observation est apparu dès juillet 2022, lorsque Nicola Fox – alors directeur de la division héliophysique de la NASA – a écrit sur le site Web de la NASA que « le Soleil a été beaucoup plus actif que prévu au cours de ce cycle ».
Une prévision fiable du cycle solaire est aujourd’hui plus importante que jamais en raison de notre dépendance croissante à l’égard de technologies vulnérables. L'atmosphère terrestre se gonfle sous l'effet de l'activité solaire et augmente la traînée exercée sur les (très nombreux) satellites qui doivent manœuvrer en orbite. Les explosions solaires peuvent griller les équipements électroniques, brouiller les signaux radio, perturber les systèmes GPS et perturber les réseaux électriques.
Comme pour la plupart des prévisions, les défis liés à la prévision du cycle solaire sont nombreux. Elle ne suit pas de schéma clair d'un cycle à l'autre – certains sont plus courts que d'autres – et la physique solaire est encore une discipline relativement jeune. "Nous aimons dire que nous avons environ 60 ans de retard sur les prévisionnistes météorologiques", a déclaré Robert Leamon, physicien solaire à l'Université du Maryland.
Historiquement, les chercheurs recherchaient des corrélations statistiques entre l’activité solaire et le nombre de taches solaires, leur superficie totale et le moment de leur apparition. Mais le consensus scientifique est que ces techniques, même modernisées, ne révèlent pas grand-chose sur le comportement futur du soleil. Aujourd’hui, alimentés par des observations solaires plus sophistiquées, les scientifiques évaluent et peaufinent des méthodes qui utilisent plutôt le fonctionnement interne du soleil comme guide.
Même si les progrès sont lents (11 ans, c'est long), examinons de plus près l'état actuel des prévisions du système solaire.
À la poursuite des taches solaires
Les scientifiques ont commencé par inadvertance à suivre le cycle solaire il y a plus de 400 ans, lorsque Galilée a observé pour la première fois des taches solaires tachetant la face du soleil. Il est désormais clair que ces taches sombres sont abondantes pendant le maximum solaire et pratiquement absentes au minimum solaire. Aujourd'hui, alors que les scientifiques continuent d'améliorer leur compréhension de la physique à l'origine de cette oscillation, les taches solaires servent toujours d'indicateur de l'activité du soleil.
En 1989, la NASA et la NOAA ont commencé à demander à des panneaux de prévision du cycle solaire de prévoir la force et le calendrier du prochain cycle solaire. Pour ce faire, des experts du panel évaluent les prédictions faites par d’autres chercheurs dans le domaine. Ces prévisions utilisent généralement une valeur appelée R – la moyenne sur 13 mois du nombre de taches solaires (lissée ou pondérée sur le mois en cours plus six mois de chaque côté) – comme indicateur de l'activité du soleil.
Fixer R pour le prochain maximum est considéré comme le summum de la prédiction du cycle solaire.
Les panneaux n’ont cependant pas un excellent historique. En 2006, le comité de prévision du cycle 24 a commencé ses délibérations ; En fin de compte, l'équipe n'a pas pu parvenir à un consensus et a prédit, en vain, que le cycle 24 serait soit très faible, soit très fort. (Cela s'est avéré faible.) "Ils étaient divisés en deux", a déclaré Lisa Upton, coprésidente de l'actuel panel de prévision du cycle 25 et physicienne solaire au Southwest Research Institute. "Il y a eu des échanges houleux."
La prévision du cycle 25 – qui a débuté en décembre 2019 – semblait beaucoup plus simple. En mars 2019, Upton et ses collègues prévoyaient que ce pic culminerait en juillet 2025 avec une moyenne de 115 taches solaires. Ils avaient passé au crible 61 prédictions avec des valeurs R allant de 50 à 229, mais ils ont privilégié une classe de prédictions basées sur la physique solaire qui étaient largement en accord les unes avec les autres.
"C'était assez facile pour nous", a déclaré Upton. "Nous étions tous d'accord sur le fait qu'il y aurait un cycle assez faible."
Le soleil avait des projets différents.
Signes de changement
Les méthodes modernes basées sur la physique se déclinent en deux versions. On recherche des paramètres physiques observables – appelés précurseurs – qui préfigurent la force du cycle à venir. L’autre utilise la modélisation informatique pour recréer la physique du soleil et la faire avancer.
Parmi les précurseurs, le prédicteur le plus efficace jusqu'à présent est la force du champ magnétique aux pôles du soleil pendant le minimum solaire – sur lequel le comité de prévision du cycle 25 a basé ses prévisions actuelles. Lorsque le soleil est en sommeil, son champ magnétique est un dipôle, comme un barreau aimanté avec des extrémités positives et négatives. La force du dipôle régit un processus qui finit par inverser la polarité du champ magnétique, ce qui provoque le cycle solaire. Les scientifiques ont découvert, au fil des années, que la force minimale du champ polaire est fortement corrélée à la force du cycle à venir.
Un problème avec ce prédicteur est que le champ polaire n'a été mesuré directement qu'au cours des quatre derniers cycles, depuis 1976. Mais il existe des moyens indirects d'évaluer sa force, comme l'indice aa, qui utilise les perturbations du champ magnétique terrestre comme indicateur pour l'intensité du champ polaire ; ceux-ci sont mesurés depuis plus de 150 ans, offrant un autre groupe de points de données.
"Avec quatre points, la corrélation pourrait être une coïncidence, mais une fois que vous obtenez 13 points, cela ressemble moins à une coïncidence", a déclaré Robert Cameron, physicien solaire à l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire à Göttingen, en Allemagne qui faisait partie du dernier panel de prédiction.
Un nouvel espoir
Récemment, une étude menée par Leamon et Scott McIntosh du Centre national de recherche atmosphérique a identifié un autre précurseur prometteur appelé événement terminateur. C'est le moment où l'activité magnétique du cycle précédent disparaît et est remplacée par l'activité magnétique du nouveau.
Leamon et McIntosh ont trouvé des indices dans les données historiques suggérant que le moment du terminateur correspond à la force du nouveau cycle : un terminateur précoce se traduit par davantage de taches solaires, et donc par un cycle plus fort. Sur la base du dernier terminateur, survenu en décembre 2021, les deux hommes ont prédit que le cycle 25 atteindrait un maximum de 185 taches solaires et culminerait en juillet 2024, soit près d'un an plus tôt que la prévision officielle.
«Je ne vais pas me réjouir», a déclaré Leamon. "Mais [le soleil] est certainement beaucoup plus actif que le consensus du panel."
Cependant, l'une des limites de la plupart des méthodes précurseurs est qu'elles sont basées sur le minimum solaire : les scientifiques ne peuvent pas faire de nouvelles prédictions tant que le cycle n'est pas sur le point de commencer. C'est pourquoi ils recherchent parfois l'aide de méthodes basées sur la physique, similaires aux modèles complexes de prévision climatique. Ces simulations informatiques utilisent la dynamique des fluides et l'électromagnétisme pour recréer la physique solaire ; les scientifiques alimentent ensuite les données d’observation pour anticiper à quoi pourraient ressembler le champ polaire et d’autres précurseurs dans quelques années.
Une logique enfouie
Mais les prévisions basées sur la physique ne représentent que la moitié des prévisions analysées par le panel du cycle 25. Le reste, bien que peut-être moins efficace aujourd’hui, pourrait s’avérer utile à l’avenir.
Il s’agit d’un mélange de stratégies, dont la plupart utilisent les cycles solaires précédents pour prédire le nombre actuel de taches solaires. De telles méthodes trouvent parfois de fortes corrélations entre les taches solaires et des éléments qui semblent initialement assez aléatoires, a déclaré Víctor Sánchez Carrasco, physicien solaire à l'Université d'Estrémadure en Espagne. Ces corrélations pourraient n’être qu’une coïncidence, a-t-il déclaré, mais il est également possible qu’elles exploitent « une physique sous-jacente que nous ne comprenons toujours pas ».
Et les physiciens continuent d’essayer de nouvelles approches, telles que l’utilisation de l’intelligence artificielle ou des réseaux de neurones pour rechercher des corrélations entre des siècles de données sur les taches solaires. "Il y a une mystique associée à des séries temporelles aussi longues", a déclaré l'astrophysicien Eurico Covas, collaborateur de l'Institut d'astrophysique et des sciences spatiales du Portugal.
Pour l’instant, Upton pense toujours que la prédiction du panel n’est pas encore morte. « Il semble que le cycle [force] pourrait être un peu plus important que ce que nous avions prévu, mais pas de manière significative », a-t-elle déclaré. Elle note que la courbe lissée, une fois toutes les données entrées, ne s'écartera probablement pas de manière aussi spectaculaire que les moyennes mensuelles tracées par la NOAA. Et sur la base de l'évolution du cycle actuel, Carrasco convient que le cycle 25 sera probablement plus fort que les prévisions du panel, mais toujours plus faible que la moyenne. « Les six prochains mois seront essentiels pour voir où va le cycle solaire 25 », a-t-il déclaré.
Malgré ces incertitudes, Leamon est convaincu que les physiciens sont sur le point de pouvoir formuler des prédictions précises. D’ici 2030, lorsque le prochain panel se réunira, « nous aurons une bien meilleure maîtrise de la question », a-t-il déclaré. "Ce sera le dernier cycle que nous ne comprenons pas complètement." [ Quantiques ]
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