Le 14 avril 2025, le télescope solaire Daniel K. Inouye, à Hawaï, a obtenu les images les plus nettes jamais réalisées de la surface du Soleil. Des chercheurs y ont observé des tourbillons de plasma et apporté la première preuve directe de l’instabilité de Kelvin-Helmholtz dans la photosphère, un phénomène utile pour comprendre le chauffage de la couronne.
Observer la surface du Soleil avec une précision de vingt kilomètres n’appartient plus au domaine de la théorie. Le 14 avril 2025, le télescope solaire Daniel K. Inouye, installé à Hawaï et considéré comme le plus puissant au monde pour l’observation solaire, a enregistré des séquences où le plasma surchauffé remonte, tournoie puis replonge après refroidissement. Les films montrent des tourbillons de plasma chaud qui s’animent au fil de la convection. Publiées dans la revue Nature, les images atteignent une résolution spatiale d’environ vingt kilomètres, soit la possibilité d’identifier et de suivre le mouvement d’une fourmi de taille moyenne au sol depuis environ 160 km.
Friedrich Wöger, chercheur principal à l’Observatoire solaire national et responsable scientifique des instruments, se souvient de l’enthousiasme de l’équipe. « Nous avons immédiatement reconnu des structures de Kelvin-Helmholtz, et nous étions vraiment très enthousiastes », a-t-il déclaré. Les chercheurs présentent ainsi les premières preuves empiriques que les perturbations visibles à la surface de la photosphère sont générées par l’instabilité de Kelvin-Helmholtz.
Une instabilité longtemps théorisée
Le phénomène survient lorsque deux fluides animés de vitesses différentes génèrent des ondulations à leur frontière. Observé à l’occasion dans les nuages terrestres, il était prédit à la surface solaire, mais aucune preuve directe n’existait jusqu’à présent. Vanessa Polito, physicienne au laboratoire d’astronomie solaire et d’astrophysique, souligne que les prises de vue antérieures « manquaient de la netteté nécessaire pour distinguer ces structures », donnant à la photosphère un aspect lisse, « presque comme une photographie floue ».
La photosphère, couche visible de l’astre, se comporte comme un océan de plasma en mouvement permanent. Les granules y dessinent un motif de convection comparable à une ébullition à très grande échelle. Leur diamètre varie entre 500 et 2 000 kilomètres. Les tourbillons de Kelvin-Helmholtz se forment le long de leurs frontières, notamment à proximité des taches solaires. Autre surprise pour les chercheurs : les motifs apparaissent partout dans le champ de vision, et non uniquement dans des zones isolées.
Vers le chauffage de la couronne
L’observation pourrait aider à résoudre une énigme persistante de la physique solaire : pourquoi la couronne, l’atmosphère extérieure du Soleil, est bien plus chaude que la surface visible. Andrew Hillier, physicien à l’Université d’Exeter estime que l’apport principal des travaux concerne le chauffage coronal. L’instabilité pourrait injecter de l’énergie magnétique dans la couronne à des échelles plus faciles à dissiper.
Friedrich Wöger précise que les autres mécanismes peuvent désormais être analysés à la lumière de l’existence avérée de l’instabilité de Kelvin-Helmholtz dans la photosphère. L’équipe prévoit d’utiliser le télescope Inouye pour cartographier les schémas d’instabilité et quantifier l’intensité du champ magnétique solaire.
L’article décrivant cette étude, intitulé « Ubiquitous Kelvin-Helmholtz Instabilities Driving Plasma Mixing on the Sun » (Instabilités de Kelvin-Helmholtz omniprésentes à l’origine du mélange du plasma sur le Soleil), est désormais disponible dans la revue Nature.
