Le climat modifié par la variabilité des activités solaires. Une étude malaisienne. 2019

Par Liliane Held Khawam

^{LUCIFER, de son nom complet le Large Binocular Telescope Near-infrared Spectroscopic Utility with Camera and Integral Field Unit for Extragalactic Research, soit en français « Installation spectroscopique proche infrarouge du Grand Télescope binoculaire avec caméra et unité intégrale de champ pour la recherche extragalactique », est un instrument utilisé en astronomie sur le télescope appelé Large Binocular Telescope. L’ensemble fait partie de l’Observatoire international du Mont Graham, construit en 1989. Il est situé sur le Mont Graham, dans le sud-est de l’Arizona aux États-Unis.https://fr.wikipedia.org/wiki/LUCIFERhttps://fr.wikipedia.org/wiki/Observatoire_international_du_Mont_Graham}

L’impact sur le changement climatique dû à l’effet des ondes électromagnétiques globales des phénomènes d’éruptions solaires et d’éjections de masse coronale (CME)

N Mohamad Ansor, Z S Hamidi, N N M Shariff (Universiti Teknologi MARA, 40450
Shah Alam, Selangor, Malaysia)

Résumé. Le changement climatique a une relation étroite avec la variabilité de l’énergie solaire rayonnée, qui est associée à l’activité solaire et cette question a été le principal sujet de débat entre les climatologues pour trouver la source principale du changement du climat de la Terre. Les études précédentes portaient sur les activités humaines et la formation d’isotopes¹⁴C et ¹⁰Be qui contribuent probablement à l’augmentation de la température à la surface de la Terre.

Cependant, le modèle de climat sur cette planète dépend toujours de l’état de sa principale source d’énergie, le soleil.

Dans cet article, nous examinons brièvement l’impact de la production des isotopes ¹⁴C et ¹⁰Be sur la température de la Terre. Nous avons également discuté dans cet article de la manière dont la variabilité de l’activité solaire contribue au changement climatique. La principale méthode pour mener à bien cette étude est l’observation solaire. Nous présentons le résumé de plusieurs ensembles d’événements solaires significatifs en 2017 et sa relation avec la température de la Terre. On pense que le climat de la Terre est susceptible d’être affecté par la variabilité de l’activité solaire dans le sens où le minimum solaire en 2017 fait qu’elle est la deuxième température annuelle la plus élevée avec 0,89 °C de plus que la température normale.

1.              Introduction

Le changement climatique fait essentiellement référence à la concentration de dioxyde de carbone émise dans l’atmosphère terrestre. Ce phénomène se produit depuis 600 000 ans et les scientifiques pensent que l’activité solaire, sur laquelle nous nous concentrons dans cet article, à savoir les éruptions solaires et les éjections de masse coronale, joue un rôle crucial dans le changement climatique. Les éruptions solaires et les éjections de masse coronale (CME) émettent des rayonnements qui couvrent tout le spectre des ondes électromagnétiques (EM), des ondes radio aux rayons gamma.

Les éruptions à haute énergie peuvent perturber nos réseaux électriques, nos communications, le signal du système de positionnement global (GPS) et couvrir la haute atmosphère de la Terre de rayonnements dangereux [1].

Parallèlement, les CME peuvent déclencher des tempêtes géomagnétiques lorsqu’elles interrompent le champ magnétique terrestre. Dans le pire des cas, cette tempête peut provoquer des pannes d’électricité et endommager les satellites de communication [2].

Entre 1860 et 1990, la température annuelle moyenne à la surface du globe a augmenté de 0,55 °C [3]. On a émis l’hypothèse que cette hausse de température était due à la libération continue de dioxyde de carbone par les industries.

Toutefois, l’analyse des relevés climatiques indique que la cause du réchauffement est plus que l’influence de l’augmentation des gaz de dioxyde de carbone, ainsi que le révèle l’historique des données de la variabilité interannuelle et interdécennale exceptionnelle [4] .

La variabilité de l’activité solaire modifie le climat à bien des égards.

L’activité solaire peut être minimisée ou maximale en fonction du nombre de taches solaires présentes à la surface du Soleil. L’événement significatif à long terme dans l’étude du climat est le minimum de Maunder (1645-1715), qui coïncide avec le petit âge glaciaire, au cours duquel notre Terre était en quelque sorte plus froide qu’aujourd’hui [5]. Une étude menée par [6] a montré avec succès la relation entre le nombre de taches solaires observées pendant le minimum de Maunder et le climat de la Terre pendant cette période. Le minimum de Maunder est décrit par le nombre minimum de taches solaires observées par les astronomes. Comme [7] l’a découvert dans ses recherches, le Soleil pendant le minimum de Maunder était 0,25 % moins brillant qu’il ne l’était pendant le précédent minimum solaire en 1985-1986. On estime que l’irradiation solaire pendant cette période est de 0,24% inférieure à celle d’aujourd’hui, ce qui devrait contribuer à réduire la température globale de 0,2°C [ 6 ].

Le climat global change à travers un rayonnement total, qui varie en fonction de l’activité solaire, spécialement de la gamme des ultraviolets (UV).

Au départ, les scientifiques ont supposé que l’irradiation solaire totale (IST) était constante et invariable, alors que les satellites n’étaient pas encore installés dans l’espace. À partir de 1978, lorsque des satellites ont été lancés, la TSI a pu être mesurée directement par les satellites [8]. Plus tard, [9] ont présenté leurs données combinées pour prouver que la TSI n’est pas constante et qu’elle varie d’environ 0,1 % du minimum au maximum du cycle solaire.

Une forte éruption solaire n’augmente pas la TSI de plus d’un centième de pour cent, néanmoins elle amplifie temporairement les émissions solaires aux longueurs d’onde UV, radio et rayons X

2. Production d’isotopes cosmogéniques ¹⁴C (carbone 14) et ¹⁰Be (beryllium 10) dans l’atmosphère terrestre

La formation de ces isotopes est la conséquence des rayons cosmiques d’origine galactique et solaire et se forme dans la haute atmosphère. Ils sont produits à partir du changement des fluctuations du flux de rayons cosmiques qui pénètrent sur la Terre, ces fluctuations étant causées par le vent solaire [10]. Le vent solaire comprend l’éjection de particules du Soleil à travers le milieu interplanétaire et peut fortement influencer le champ magnétique de la Terre. La production de ¹⁴C est faible car la Terre est protégée des rayons cosmiques grâce à un champ magnétique solaire prolongé pendant une forte activité solaire. Une augmentation soudaine de la concentration ¹⁴C indique un changement vers un climat plus froid ou plus humide, ce qui montre que le soleil joue un rôle dans le changement climatique [10]. Par conséquent, les données de concentration ¹⁴C peuvent être une bonne mesure de l’activité solaire [11].

Cependant, les relevés de ¹⁰Be sont également pris en compte car les changements de concentration¹⁴C est trop faible pour prouver cette hypothèse. La production de ¹⁰Be est la conséquence des réactions nucléaires induites par les rayons cosmiques et se produisent dans les deux couches les plus basses de l’atmosphère terrestre que sont la stratosphère et la haute troposphère. De plus, [12] a découvert que ¹⁴C et ¹⁰Be se côtoient de 8000 à 5000 BP.

Cela montre que les variations de ¹⁰Be est également un bon indicateur pour relier l’activité solaire changeante et l’intensité des rayons cosmiques. Un enregistrement de données de concentration de ¹⁰Be et de δ¹⁸O qui a été présenté par [9] montre de fortes fluctuations entre les données de concentration ¹⁰Be d’il y a 40 000-11 000 ans et l’enregistrement de δ¹⁸O de la même carotte de glace dans lequel elles sont parallèles l’une à l’autre. Ceci implique que les phases chaudes donnent de faibles valeurs de ¹⁰Be et des pics de ¹⁰Be se produisent pendant les phases froides. De plus, on pense que la différence entre les deux est le signe de changements dans le taux d’accumulation de la neige [13].

3.       Observation solaire

Dans cette étude, nous avons observé et analysé plusieurs événements solaires sélectionnés en fonction de la classe des éruptions solaires qui se sont produites récemment en 2017. Puisque 2017 était au minimum solaire, ce qui implique que l’activité solaire était en phase inactive, nous allons corréler cet événement aux changements de température en 2017. Pendant le minimum solaire, un plus petit nombre de taches solaires est présent à la surface du Soleil. Une tache solaire est connue comme étant la région la plus froide de la surface du Soleil, avec une température d’environ 4000K. Elle apparaît comme noire car les autres régions environnantes de la surface du Soleil ont une température d’environ 6000K. Les données relatives à la progression du cycle solaire avec leur nombre respectif de taches solaires peuvent être consultées sur la figure 1 qui inclut les cycles solaires 23 et 24. Toutes les données proviennent de [14] et sont mises à jour chaque mois, puis sont compilées et organisées par [15].

En 2017, le nombre de taches solaires a diminué, ce qui correspond à la condition de minimum solaire avec un nombre moyen de 19 [14]. La diminution du nombre de taches solaires donne une information de faible chance de nombreuses éruptions solaires. Cependant, de forts événements solaires sont encore enregistrés tout au long de l’année, dont la plus forte éruption est X9.3. Nous avons résumé les 10 éruptions les plus fortes dans le graphique 1 avec leur région respective, le nombre de taches solaires et l’indice Kp adapté de [14]. Sur la base du graphique, la région 2673 a été la région la plus active tout au long de l’année car elle a toujours produit la plupart des éruptions les plus fortes parce que c’est une région complexe avec une classification β-γ-δ. L’éruption la plus forte a été enregistrée le 6 septembre avec une magnitude de X9.3.

Nous nous intéressons à la température moyenne annuelle mondiale de l’air en surface, basée sur les données terrestres et océaniques, ainsi qu’à l’évolution de la température moyenne annuelle pour l’hémisphère. De manière générale, 2017 a été la deuxième année la plus chaude jamais enregistrée depuis 1880 [16][17]. La figure 2 présente la température moyenne mondiale basée sur des données terrestres et océaniques adaptées de NASA GISS. Comme le montre la figure, la deuxième température annuelle la plus élevée est marquée en 2017 par une température supérieure de 0,89°C à la normale, tandis que 2016 détient la température moyenne annuelle la plus élevée avec 0,99°C de plus.

Parallèlement, les données relatives à l’évolution de la température moyenne annuelle dans les hémisphères Nord et Sud prouvent également que 2017 est la deuxième année la plus chaude que la Terre ait connue. On peut s’y référer dans la figure 3 qui montre l’évolution de la température hémisphérique depuis 1880. Dans l’hémisphère Nord, 2017 et 2015 ont légèrement la même température moyenne annuelle, puisqu’elles ne diffèrent que de 0,01°C. L’anomalie de température de 2017 est de 1,11°C et celle de 2015 de 1,12°C. Cependant, pour l’hémisphère Sud, 2017 se classe toujours au deuxième rang des températures les plus élevées avec 0,68°C de plus.

4.             Corrélation entre l’activité solaire et la température de la Terre

Afin de relier les variations de l’activité solaire à la température de la Terre, nous appliquons l’équation de la luminosité du Soleil qui est donnée ci-dessous où r est le rayon du Soleil, σ est la constante de Stefan-Boltzmann et T est la température du Soleil.   (1)

D’après cette équation, la luminosité du Soleil est directement proportionnelle à sa température, ce qui signifie qu’une température élevée produit une énergie élevée rayonnée par le Soleil.

Le climat de la Terre dépend fortement du rayonnement solaire fourni par le Soleil.

Une partie du rayonnement solaire est absorbée par la Terre et une autre partie est renvoyée dans l’espace, principalement par les nuages et les particules atmosphériques, afin d’équilibrer l’énergie et la température de la Terre.

La quantité de rayonnement solaire absorbée et réfléchie détermine la hausse ou la baisse du climat de la Terre. En général, le système terrestre absorbe 71 % du rayonnement solaire entrant total et 29 % sont réfléchis.

Lorsque les atomes et les molécules absorbent de l’énergie, la matière est excitée et se déplace rapidement et de manière aléatoire, ce qui entraîne une augmentation de la température de la matière. Si plus d’énergie est absorbée, plus de particules augmentent en température et finalement l’atmosphère et la surface de la Terre commencent à se réchauffer. L’origine de ce résultat remonte à la température du Soleil : plus le Soleil est chaud, plus il produit d’énergie solaire, ce qui entraîne une forte absorption d’énergie par la Terre.

La température du Soleil dépend de la présence de taches solaires ; moins il y a de taches solaires, plus le Soleil est chaud.

5.              Conclusion

Dans l’ensemble, cet article passe en revue certaines preuves issues d’études antérieures et nous présentons des données sur l’activité solaire tout au long de l’année 2017 pendant le minimum solaire afin de prouver la possibilité que le rayonnement solaire émis par les éruptions solaires et les éjections de masse coronale change le modèle climatique de la Terre. En rassemblant les enregistrements de données, nous pensons que la variabilité de l’activité solaire contribue au changement climatique dans laquelle, le minimum solaire entraîne un rayonnement solaire élevé produit et reçu par la Terre. Par conséquent, une quantité moindre d’énergie absorbée entraîne une baisse de la température de la Terre.

Voir l’ensemble des références ici:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1298/1/012019/pdf

mohamad_ansor_2019_j._phys.__conf._ser._1298_012019-fr Télécharger

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