Héliosphère

L'héliosphère est l'astrosphère du Soleil, une zone en forme de bulle allongée dans l'espace, engendrée par les vents solaires. Sa limite est l'héliopause, qui délimite la zone d'influence des vents solaires, lorsqu'ils rencontrent le milieu interstellaire.

Représentation schématique de l'héliosphère, depuis le système solaire jusqu'à l'espace interstellaire (vue d'artiste).

Schéma simplifié de l'héliosphère, montrant la position approximative des sondes Voyager 1 et 2 en 2005.

Le vent solaire consiste en la projection de particules atomiques (essentiellement protons et électrons) par la haute atmosphère de notre étoile, le Soleil. Ce plasma impose une pression (une sorte de souffle) vers l'extérieur du Système solaire et repousse le flux de particules similaires mais provenant de l'espace lointain^[1].

La forme de la bulle ainsi produite n'est que très approximativement sphérique et reste sujette à controverses scientifiques, mais les éléments principaux en sont relativement bien définis :

• une forme allongée produite par le déplacement du Soleil ;
• une forme spiralée produite par la rotation du Soleil ;
• diverses déformations provenant de l'influence des champs magnétiques solaires et planétaires qui influencent fortement la trajectoire des particules chargées qui constituent le vent solaire.

En particulier, il est considéré comme très probable que la limite de l'héliosphère, l'héliopause, soit très fluctuante et largement influençable par des facteurs internes comme externes (les éruptions solaires, par exemple).

Structure

L'héliosphère est une gigantesque bulle de gaz, qui englobe les planètes du système solaire et qui est constituée de la matière formée par le vent solaire expulsé par le Soleil. Sa forme et sa dimension varient selon la rotation, le déplacement, l'activité et le champ magnétique du Soleil. Ainsi, la rotation du Soleil sur lui-même crée la forme spiralée de l'héliosphère. Le système solaire se déplace dans le milieu interstellaire, formé de poussières et de nuages de gaz, à une vitesse de 25,5 km/s. Soumis à la pression du milieu interstellaire l'héliosphère prend la forme selon les observations les plus récentes d'une sphère légèrement allongée dans la direction située à l'opposé du sens de son déplacement (les hypothèses précédentes lui attribuait la forme d'une comète). L'héliosphère est constituée principalement de protons (atome d'hydrogène ionisé) et d'électrons qui se déplacent en s'éloignant du Soleil avec une vitesse initiale comprise entre 400 et 7500 km/s. La densité de ce gaz décroit comme le carré de la distance tandis que la force du champ magnétique du Soleil décroit moins rapidement. Le vent solaire est progressivement ralenti et les limites de l'héliosphère sont atteintes lorsque sa poussée ne réussit plus à repousser le milieu interstellaire. La zone de transition entre les deux milieux est constituée de plusieurs régions successives aux caractéristiques distinctes. En s'éloignant du Soleil, on traverse successivement le choc terminal, l'héliogaine, l'héliopause et sans doute plus loin dans le milieu interstellaire un arc de choc. Les frontières entre ces différentes régions évoluent (en avant et en arrière) sous l'influence des variations du vent solaire et du champ magnétique interstellaire à une vitesse estimée à 100 km/s^[2].

Choc terminal

Un exemple de choc terminal produit par un jet d'eau et son écoulement dans un évier (limite entre écoulements torrentiel et fluvial).

Le choc terminal correspond à la région de l'héliosphère où la vitesse du vent solaire, qui est ralentie par les interactions avec le milieu interstellaire, devient subsonique (par rapport à l'étoile et dans le milieu interstellaire) passant de 100 km/s à la moitié de cette valeur. Cela entraîne une compression, un réchauffement et un changement dans le champ magnétique. Pour le Système solaire, le choc terminal est évalué à une distance comprise entre 75 et 90 unités astronomiques du Soleil. Le choc se produit du fait que les particules du vent solaire sont émises par le Soleil à environ 400 km/s et donc dépassent la vitesse du son (environ 100 km/s dans le milieu interstellaire^[2]. En 2007, la sonde Voyager 2 a franchi le choc terminal du Soleil. Elle aurait passé cinq fois cette région car la position de celle-ci fluctue en fonction de l'intensité de l'activité solaire^[3],[4].

L'héliogaine

L'héliogaine est la région de l'espace où les particules du vent solaire et les gaz interstellaires entrent en collision et se mélangent. Selon les données recueillies par l'instrument MIMI à bord de la sonde spatiale Cassini-Huygens l'héliogaine serait épaisse de 6 à 7,7 milliards de kilomètres (40 à 50 Unités Astronomiques)^[2],[5].

L'héliopause

L'héliopause constitue la frontière entre l'héliosphère et le milieu interstellaire. Au-delà de cette limite règne le milieu interstellaire. Cette limite n'est pas bien connue, car elle est très difficile à observer, ce qui est probablement dû au fait que l'héliopause n'est jamais constante^[2].

Arc de choc dans le milieu interstellaire

Au delà de l'héliopause, débute le milieu interstellaire. A quelque distance de l'héliopause il existe probablement un arc de choc où le flux supersonique du milieu interstellaire est ralenti à l'approche de l'héliosphère et qui constitue du choc terminal^[2].

Exploration

Voyager

Lors d'une réunion de l'Union américaine de géophysique en mai 2005, le D^r Ed Stone a suggéré que la sonde Voyager 1 aurait également passé le choc terminal en décembre 2004, lorsqu'elle était à 94 unités astronomiques du Soleil. Il s'est fondé sur les fluctuations des lectures du champ magnétique prises par la sonde. Voyager 2, quant à elle, aurait détecté de telles fluctuations à partir de 76 unités astronomiques du Soleil (en 2006). Cela impliquerait que les limites de l'héliosphère seraient irrégulières, s'étendant plus loin du Soleil en direction de l'hémisphère nord que dans la direction de l'hémisphère sud^[6]. La NASA confirme officiellement le 12 septembre 2013, après analyse des données recueillies par la sonde, que Voyager 1, à plus de 18 milliards de kilomètres du Soleil, a quitté la zone d'influence directe de ce dernier, l'héliosphère (zone de prédominance magnétique, la sonde étant toujours dans la zone de prédominance gravitationnelle de notre étoile)^[7],[8]. Elle se trouve désormais dans l'espace interstellaire.

IBEX

La mission Interstellar Boundary Explorer (IBEX) tentera de recueillir plus de données à propos du choc terminal solaire.