Le cycle solaire

Les premières observations solaires ont montré que les taches sombres à sa surface se déplaçaient, révélant le mouvement de rotation du Soleil, mais aussi que leur nombre variait avec le temps, augmentant et diminuant de manière cyclique avec une période d’environ 11 ans (Figures 1 et 2).

Figure 1 – Nombre de taches solaires en fonction du temps. En jaune, les données depuis les premiers comptages systématiques (et le début de la numérotation des cycles) ; en rouge les prévisions pour le prochain cycle.

Figure 2 – Photosphère solaire en lumière blanche observée par le satellite SoHO à 3 dates et 3 états d’activité différents : un Soleil calme à gauche, modérément actif au milieu et très actif à droite. (Crédit : ESA/NASA)

Mais le Soleil se montre sous des jours bien différents à bien d’autres titres au cours de ce cycle.

Tout d’abord, nous savons que sa luminosité, c’est à dire la puissance qu’il rayonne, varie très peu au cours des 11 ans. Si on raisonne sur la constante solaire, qui est la puissance reçue par unité de surface au niveau de l’orbite terrestre, la variation est de l’ordre de 1 ou 2 W/m² environ sur 1360 W/m², soit une variation relative d’environ 0,1%.

Par contre, cette variation aussi faible soit-elle est due aux composantes UV et X de l’émission solaire qui, elles, peuvent varier de 100% au cours du cycle.

La Figure 3 montre le Soleil vu par le satellite SoHO en extrême ultraviolet (EUV) : le Soleil apparaît nettement plus sombre en EUV lors de périodes sans taches (1996 et 2006), plus lumineux lorsqu’il exhibe beaucoup de taches (2001).

Figure 3 – Évolution du Soleil au cours d’un cycle solaire vue par SoHO en EUV. Remarque : la taille du Soleil ne varie pas au cours du cycle, cette composition joue sur la taille pour un effet de perspective (crédit : ESA/NASA).

On remarque aussi (Figure 4) que l’aspect du Soleil, toujours en extrême ultraviolet, est plus perturbé quand il est actif (à droite) que quand il est calme (à gauche). Tout comme le nombre de taches sombres à sa surface, cet aspect plus perturbé trahit aussi une profonde différence de la configuration magnétique du Soleil, qui est la clef de son cycle d’activité.

Figure 4 – Le Soleil vu en extrême ultraviolet (λ = 19,5 nm) par SoHO en période calme à gauche et active à droite. (Crédit : ESA/NASA)

En fait, on sait maintenant que le champ magnétique dipolaire du Soleil s’inverse au cours de son cycle de 11 ans. (Le cycle complet magnétique est donc de 22 ans environ pour retourner à la configuration magnétique initiale.) Les cycles sont numérotés depuis les premiers relevés systématiques des années 1740. En 2018, nous sommes dans le cycle 24.

Enfin, il faut garder à l’esprit que la durée du cycle qui sépare deux maxima (ou deux minima) n’est de 11 ans qu’en moyenne. Il est arrivé que cette période soit beaucoup plus longue. Si l’on en croit les relevés effectués au cours du 17^ème et 18^ème siècles, très peu de taches ont été observées dans la période 1645 – 1715 ; on a appelé cette période le minimum de Maunder (Figure 1). Détail intrigant : cela correspond au milieu du petit âge glaciaire observé dans l’hémisphère Nord de la Terre ; autre détail plus léger : Louis XIV, notre grand roi Soleil, aura régné pendant une période de calme solaire jamais observé depuis… En revanche, il semble bien compliqué d’expliquer les changements climatiques mesurés ces dernières décennies par la seule activité solaire.