Le Soleil serait-il plus gros que prévu par les modèles ?

En 2015, l'Union Astronomique Internationale (UAI) a adopté une nouvelle valeur nominale du rayon solaire fixée à 695 700 km et qui doit être utilisée lorsque l'on exprime la taille d'un objet observé en unité de rayon solaire¹. La précédente valeur adoptée par l'UAI, 696 000 km², correspondait au rayon photosphérique qui peut être mesuré directement par le point d'inflexion dans la courbe donnant la diminution de l'intensité lumineuse au bord du disque solaire mesurée dans le continuum. La nouvelle valeur nominale choisie revient à changer la définition du rayon solaire en considérant que la « surface » du Soleil est le lieu où la température atteint la température effective du rayonnement solaire. La détermination de ce niveau dépend de la modélisation et n'est donc pas mesurable directement. Il correspond cependant au « rayon sismique » qui peut être évalué indirectement par l'héliosismologie. Les calculs de transfert radiatif sur lesquels sont basés la résolution de l'UAI prédisent un rayon photosphérique supérieur de 333±8 km au rayon nominal³. En utilisant les mesures dans le continuum photosphérique de l'instrument SODISM de la mission spatiale PICARD et les mesures au sol de SODISM II, une équipe de chercheurs du LATMOS et de l'OCA montre que les mesures directes les plus précises du rayon solaire photosphérique sont supérieures aux prédictions déduites du transfert radiatif et de la valeur nominale actuelle.

Détermination absolue du rayon solaire

En 2012, l'instrument SODISM à bord du satellite PICARD a observé le passage de Vénus. Cet événement astronomique a permis une détermination précise du rayon photosphérique à 535.7, à 607.1 et à 782.2 nm. Depuis le sol, sur le site de Calern de l'Observatoire de la Côte d'Azur, des observations systématiques sont menées depuis 2011 en utilisant le modèle de qualification de l’instrument SODISM, appelé SODISM II. Ce télescope de type Ritchey-Chrétien opère dans les mêmes longueurs d'onde que SODISM mais aussi dans le proche infra-rouge à 1025 nm où les effets de la turbulence atmosphérique sont moindres. Un moniteur de turbulence diurne a par ailleurs été développé pour compléter l'interprétation des images au sol de SODISM II⁴. L'analyse statistique d'environ 5000 images par an et par longueur d'onde acquises au sol a permis d'atteindre des niveaux de précision comparables à ceux obtenus dans l'espace sur une période plus courte. Ces analyses montrent que l'ensemble des mesures dans le continuum sont compatibles, indépendamment de la longueur d'onde utilisée, avec la valeur estimée à 607.1 nm soit 696 156 ±145 km.

Ce résultat reste marginalement compatible à un écart-type avec la valeur nominale adoptée par l'UAI si l'on prend en compte la différence entre rayon sismique et rayon photosphérique prédite par la modélisation et le transfert radiatif. Elle tend cependant à montrer une différence avec le rayon sismique systématiquement supérieure à celle prédite, ce qui pourra motiver de nouvelles modélisations plus réalistes de la photosphère par exemple avec des codes magnéto-hydrodynamique 3D.

Perspectives

La comparaison entre les séries de mesures acquises au sol depuis 7 ans et celles obtenues dans l'espace sur une courte période (2010-2013) montre que l'analyse statistique des données sol permet d'atteindre une précision équivalente à celle obtenue hors atmosphère. Cela justifie la poursuite sur le plus long terme de la surveillance solaire au sol d'un point de vue astrométrique pour étudier notamment les variations relatives des rayons photosphériques et sismiques au cours du cycle d’activité magnétique et sur le plus long terme.

L'équipe du LATMOS et de l'OCA qui mène ce programme s'associe à l'Observatoire de Meudon pour développer en parallèle un suivi temps-réel de l'activité magnétique observée dans la chromosphère avec un moniteur H-alpha. Ce programme nommé METEOSPACE⁵ viendra compléter le programme de surveillance solaire entamé dès 1974 par Francis Laclare sur le plateau de Calern pour ce qui concerne l'astrométrie et depuis plus de cent ans à Meudon avec notamment les images du spectro-héliographe pour ce qui concerne l'imagerie H-alpha de la chromosphère.

Ces programmes sont soutenus par le Programme National Soleil-Terre (PNST) du CNRS-INSU.

Sources

Solar radius determined from PICARD/SODISM observations and extremely weak wavelength dependence in the visible and the near-infrared, M. Meftah, T. Corbard, A. Hauchecorne, F. Morand, R. Ikhlef, B. Chauvineau, C. Renaud, A. Sarkissian, L. Damé, Astronomy and Astrophysics (in press), 2018, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201732159