A la recherche d'Albert Nodon et actualité sur l'action électrique du Soleil

2009-06-18 12:00:00.0

BOULDER-Une découverte qui aidera les scientifiques à débloquer les mystères du Soleil et de ses impacts sur la Terre, une équipe internationale de scientifiques dirigée par le National Center for Atmospheric Research (NCAR) a créé le tout premier modèle d'ordinateur complet des taches solaires.

Les captures visuelles en résultant sont à la fois un détail scientifique et une beauté remarquable.

Les simulations de haute résolution de paires de taches solaires ouvrent la voie aux chercheurs pour en apprendre davantage sur les vastes mystérieuses taches sombres à la surface du Soleil. Les taches solaires sont les manifestations les plus frappantes du magnétisme solaire à la surface solaire, et ils sont associés à des éjections massives de plasma chargés qui peuvent provoquer des orages géomagnétiques et perturber les communications et les systèmes de navigation. Ils contribuent aussi à des variations de rayonnement solaire global, ce qui peut affecter la météo terrestre et exercer une influence subtile sur le climat.

La recherche, par les scientifiques du CNRA et de l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS), en Allemagne, est publié cette semaine dans Science Express.

"C'est la première fois que nous avons un modèle de groupe de taches solaires complet", explique l'auteur principal Matthias Rempel, chercheur à l'Observatoire de Haute Altitude du NCAR. "Si vous voulez comprendre tous les conducteurs du système atmosphérique de la Terre, vous devez comprendre comment les taches solaires apparaissent et évoluent. Nos simulations feront progresser la recherche dans le fonctionnement interne du Soleil, ainsi que les liens entre la production solaire et l'atmosphère de la Terre."

Jamais depuis que les flux vers l'extérieur du centre des taches solaires ont été découverts il y a 100 ans, les scientifiques ont travaillé à expliquer la complexité de la structure des taches solaires, qui détermine le nombre des pics et des bas au cours d'un cycle solaire de 11 ans. Les taches solaires couvrent l'intense activité magnétique, qui est associé aux éruptions solaires et éjections massives de plasma qui peuvent frapper l'atmosphère Terrestre. Les dommages causés aux réseaux électriques, satellites, et autres systèmes de technologiques sensibles économique conduis à un coût économique sur un nombre croissant d'industries.

Créer aujourd'hui de telles simulations détaillées n'aurait pas été possible il y a quelques années, avant la dernière génération de superordinateurs et l'éventail croissant d'instruments pour observer le Soleil. En partie à cause de cette nouvelle technologie, les scientifiques ont fait des progrès dans la résolution des équations qui décrivent la physique du processus solaire.

Le travail a été soutenu par la Fondation Nationale pour la Science, sponsor du NCAR. L'équipe de recherche a perfectionné un modèle informatique, développé au MPS, qui repose sur des codes numériques pour les fluides magnetisées qui avait été créés à l'Université de Chicago.

Le modèle numérique fournit une explication physique unifiée.

Les nouveaux modèles informatiques capturent les paires de taches solaires avec une polarité inverse. En prenant en détail, ils révèlent la région centrale sombre, ou ombrée, avec des points ombrés lumineux, ainsi que des bandes de filaments allongés proches avec des flux de masse s'écoulant des taches dans les régions de pénombres externes. Ils capture également le flux convectif et la circulation d'énergie qui sous-tendent les taches solaires, et qui ne sont pas directement détectables par les instruments.

Les modèles suggèrent que les champs magnétiques des taches solaires doivent être inclinées dans certaines directions, afin de créer de telles structures complexes. Les auteurs concluent qu'il existe une explication physique unifiée de la structure des taches solaires en ombre et pénombre qui est la conséquence de la convection d'un champ magnétique avec des propriétés différentes.

Les simulations peuvent aider les scientifiques à déchiffrer le mystère, des forces en sous-sol dans le Soleil qui causent des taches solaires. Ces travaux peuvent conduire à une meilleure compréhension des variations du rayonnement solaire et de leurs impacts sur la Terre.

Superordinateur de 76 billions de calculs par seconde

Pour créer le modèle, l'équipe de recherche a conçu un modèle virtuel en trois dimensions qui simule une zone sur le Soleil mesurant environ 31.000 miles sur 62.000 et environ 3700 miles en profondeur - une étendue aussi longue de huit fois le diamètre de la Terre et aussi profond que rayon de la Terre.

Les chercheurs ont ensuite utilisé une série d'équations comportant les lois de la physique fondamentale du transfert d'énergie, la dynamique des fluides, l'induction magnétique et de la rétroaction, et d'autres phénomènes pour simuler la dynamique des taches solaires à 1,8 milliards de points au sein de l'espace virtuel, chaque espacés séparé d'environ 10 à 20 miles. Pendant des semaines, ils ont résolu les équations du nouveau supercalculateur bluefire du NCAR, une machine IBM qui peut effectuer 76 trillions de calculs par seconde.

Le travail a attiré de plus en plus d'observations détaillées à partir d'un réseau d'instruments basé de terrain et d'espace pour vérifier que le modèle a capturé taches solaires capturés de manière réaliste.

Les nouveaux modèles sont de loin plus détaillées et réalistes que les précédentes simulations qui ne parvienaient pas à capturer les complexités de la région pénombrale extérieure.

Les chercheurs ont noté, toutefois, que même leur nouveau modèle ne capture pas correctement la longueur des filaments dans les parties de la pénombre. On peut affiner le modèle en plaçant la grille de points encore plus rapprochés les uns des autres, mais cela demanderait plus de puissance de calcul que disponible actuellement.

"Les progrès dans la puissance de supercalculs ne nous permettent pas de conclure sur les processus les plus fondamentaux du Soleil", explique Michael Knölker, directeur de l'observatoire de Haute Altitude du NCAR et co-auteur de l'étude. "Grâce à cette percée de simulation, une image physique exhaustive globale est en train d'émerger pour tout ce que les observateurs ont associé à l'apparence, la formation, la dynamique et la décomposition des taches sur la surface du Soleil."

Première vue de ce qui se passe au-dessous de la surface des taches solaires. Les couleurs les plus lumineuses/plus brillantes indiquent une longueur de champ magnétique plus forte dans cette sous-surface à travers la section de deux taches solaires. Pour la première fois, les scientifiques du NCAR et ses collègues ont modélisé cette structure complexe dans une simulation 3D par ordinateur détaillée, donnant aux scientifiques de leur premier aperçu du dessous de la surface visible pour comprendre les processus physiques sous-jacents.

UCAR, image courtoisie Matthias Rempel, NCAR. Médias les conditions d'utilisation *)

Voir une vidéo de cette animation et des visualisations d'autres taches ainsi que toujours des "photos" dans la galerie multimedia d'images des taches solaires.