Les chercheurs présentent donc un modèle cohérent pour des cycles solaires de différentes longueurs – et un autre argument solide pour soutenir l’hypothèse planétaire auparavant controversée. Les résultats ont été publiés dans la revue Solar Physic.
Bien que le Soleil, étant proche de nous, soit l’étoile la mieux étudiée, de nombreuses questions sur sa physique n’ont pas encore été complètement résolues. Il s'agit notamment des fluctuations rythmiques de l' activité solaire. Le plus célèbre d’entre eux est qu’en moyenne, le soleil atteint un maximum de rayonnement tous les onze ans, ce que les experts appellent le cycle de Schwabe.
Ce cycle d'activité se produit parce que le champ magnétique du soleil change pendant cette période et finit par inverser sa polarité. Ceci, en soi, n'est pas inhabituel pour une étoile, si ce n'était du fait que le cycle de Schwabe est remarquablement stable.
Le cycle de Schwabe est recouvert d'autres fluctuations d'activité moins évidentes allant de quelques centaines de jours à plusieurs centaines d'années, chacune portant le nom de ses découvreurs. Bien qu’il y ait déjà eu diverses tentatives pour expliquer ces cycles et calculs mathématiques, il n’existe toujours pas de modèle physique complet.
Les planètes donnent le ton
Depuis quelques années, le Dr Frank Stefani de l'Institut de dynamique des fluides du HZDR est un partisan de « l'hypothèse planétaire » car il est clair que la gravité des planètes exerce un effet de marée sur le soleil, similaire à celui de la lune sur la Terre. Cet effet est le plus fort tous les 11,07 ans : lorsque les trois planètes Vénus, Terre et Jupiter sont alignées avec le soleil selon une ligne particulièrement frappante, comparable à une marée de printemps sur Terre lors d'une nouvelle ou d'une pleine lune. Cela coïncide évidemment avec le cycle de Schwabe.
Le champ magnétique solaire est formé par les mouvements complexes du plasma conducteur de l'électricité à l'intérieur du soleil. "Vous pouvez la considérer comme une dynamo gigantesque. Bien que cette dynamo solaire génère à elle seule un cycle d'activité d'environ 11 ans, nous pensons que l'influence des planètes intervient alors dans le fonctionnement de cette dynamo, lui donnant à plusieurs reprises une petite impulsion et imposant ainsi au soleil un rythme inhabituellement stable de 11,07 ans", explique Stefani.
Il y a plusieurs années, lui et ses collègues ont découvert des preuves solides d'un processus cadencé de ce type dans les données d'observation disponibles. Ils ont également pu établir une corrélation entre divers cycles solaires et le mouvement des planètes en utilisant simplement des méthodes mathématiques. Cependant, au début, la corrélation ne pouvait pas être suffisamment expliquée physiquement.
Les vagues de Rossby sur le soleil servent d'intermédiaires
"Nous avons maintenant trouvé le mécanisme physique sous-jacent. Nous savons quelle quantité d'énergie est nécessaire pour synchroniser la dynamo, et nous savons que cette énergie peut être transférée au soleil par ce que l'on appelle les ondes de Rossby. Ce qui est formidable, c'est que nous pouvons désormais expliquer non seulement le cycle de Schwabe et les cycles solaires plus longs, mais également les cycles de Rieger plus courts que nous n'avions même pas envisagés auparavant", explique Stefani.
Les ondes de Rossby sont des courants en forme de vortex sur le soleil, semblables aux mouvements des vagues à grande échelle dans l'atmosphère terrestre qui contrôlent les systèmes à haute et basse pression.
Les chercheurs ont calculé que les forces de marée lors des grandes marées de deux des trois planètes Vénus, Terre et Jupiter avaient exactement les bonnes propriétés pour activer les ondes de Rossby – une idée aux nombreuses conséquences.
Tout d’abord, ces ondes de Rossby atteignent alors des vitesses suffisamment élevées pour donner à la dynamo solaire l’impulsion nécessaire. Deuxièmement, cela se produit tous les 118, 193 et 299 jours, conformément aux cycles de Rieger observés sur le Soleil. Et troisièmement, tous les cycles solaires supplémentaires peuvent être calculés sur cette base.
Tous les cycles expliqués par un seul modèle
C'est là qu'interviennent les mathématiques : la superposition des trois cycles courts de Rieger produit automatiquement le cycle de Schwabe, qui dure 11,07 ans. Et le modèle prédit même des fluctuations à long terme du soleil, car le mouvement du soleil autour du centre de gravité du système solaire provoque ce que l'on appelle une période de battement de 193 ans sur la base du cycle de Schwabe.
Cela correspond à l'ordre de grandeur d'un autre cycle observé, le cycle de Suess-de Vries.
Dans ce contexte, les chercheurs ont découvert une corrélation impressionnante entre la période de 193 ans calculée et les fluctuations périodiques des données climatiques. Il s'agit d'un autre argument solide en faveur de l'hypothèse planétaire, car "le pic aigu de Suess-de Vries à 193 ans peut difficilement être expliqué sans stabilité de phase dans le cycle de Schwabe, qui n'est présent que dans un processus cadencé", estime Stefani.
Cela signifie-t-il que la question de savoir si le Soleil suit le rythme des planètes a enfin été résolue ? Stefani déclare : "Nous ne serons probablement sûrs à 100 % que lorsque nous aurons plus de données. Mais les arguments en faveur d'un processus cadencé par les planètes sont désormais très forts."
Plus d'informations : F. Stefani et al, Rieger, Schwabe, Suess-de Vries : The Sunny Beats of Resonance, Solar Physics (2024). DOI : 10.1007/s11207-024-02295-x
Fourni par l'Association Helmholtz des centres de recherche allemands