1.4.2 Observation de la surface du Soleil

En 1610, Galilée muni d'une lunette découvre les taches solaires. Il pense que ces taches sont parties intégrantes du Soleil alors que ses adversaires les attribuent à de petites planètes nouvelles. Ces derniers ne supportent pas en effet, dans le cadre des préjugés anciens sur la perfection du Soleil, que celui-ci soit terni par des taches. Une fois le fait bien établi, l'ombre et la pénombre qui entourent les taches ainsi que leur origine et leur nature soulèvent un vif débat. Qu'elles soient attribuées à un nuage de condensation (penchant de Galilée) ou à une scorie, le scientifique de l'époque cherche à expliquer les faits solaires par des phénomènes terrestre bien connus. Mais l'enthousiasme initial pour l'observation solaire, qui suivit l'introduction de la lunette astronomique, décline rapidement. Les découvertes faites pendant cette époque incluent l'observation des taches, des facules et de la rotation solaire. Le manque de progrès peut être en partie attribué à une certaine disparition des taches durant cette période, alors qu'elles constituaient l'un des premiers centres d'intérêt du Soleil et qu'elles seront par ailleurs responsables de la résurgence d'intérêt à la fin du XVIII siècle.

En 1774, Alexander Wilson, professeur à l'université de Glasgow, publie quelques observations qui tendent à montrer que les taches ne sont ni des nuages flottant au-dessus de la surface solaire, ni des couches d'accumulation de poussières, ni des volcans, mais en fait des dépressions au-dessous du niveau normal de la surface. Il obtient ces résultats à partir de l'étude du changement apparent dans la forme d'une tache alors qu'elle traverse le disque solaire. Cet effet est contredit par l'école française en la personne de Lalande qui continue de soutenir que les taches représentent des montagnes transperçant la surface liquide du Soleil. Son idée est d'ailleurs reprise en Angleterre par Herschel (en 1795) et développée en une description générale de la constitution du Soleil. Herschel pense que la surface lumineuse du Soleil est la partie supérieure d'une couche de nuages brillants. Les taches sont alors des régions où les nuages ont été temporairement dispersés par des courants atmosphériques et au travers desquelles on voit la surface solide du Soleil. En fait, c'est un peu plus compliqué puisqu'il faut expliquer la zone de pénombre : il y aurait donc deux couches qui seraient perçées, la couche supérieure l'étant un peu plus que la seconde fait de l'ombre sur cette dernière. Herschel spécule aussi sur le fait que l'intérieur du Soleil peut être habité si l'on suppose que le cur solide est protégé de l'enveloppe lumineuse par une couche nuageuse. Cette idée est désapprouvée en général mais sa vision de la constitution du Soleil est acceptée jusqu'au milieu du XIX siècle.

L'apparente similarité entre l'atmosphère terrestre et solaire conduit donc à faire une analogie entre météorologie solaire et terrestre. Dans cette optique, les taches sont comparées à des cyclones. Cette idée perdure pendant encore un siècle.

Entre 1853 et 1861, Carrington décèle une irrégularité dans la rotation solaire entre les pôles et l'équateur : le Soleil n'est plus dès lors un corps rigide.

Dès les premières observations, il avait été constaté que le nombre de taches varie dans le temps mais il faut attendre le milieu du XIX siècle pour qu'une étude à long terme de leur nombre soit engagée. Schwabe, astronome amateur à Dessau, annonce en 1840 le résultat de ses 17 années d'observation. Alors qu'il est communément admis que le nombre de taches varie de façon aléatoire, Schwabe montre que le nombre de taches visibles sur le disque augmente puis diminue avec un cycle de 10 ans environ. Il publie ses résultats dans Astronische Nachrichten et Humboldt impressionné par ces résultats les inclue dans son livre ``Kosmo'', qui parait en 1851. Cet ouvrage est largement répandu et très lu, et le concept de ``cycle des taches'' se diffuse rapidement.

En 1851, Lamont, de l'université de Munich, publie une analyse des observations du champ magnétique terrestre. Celles-ci ont été faites en Allemagne durant les 15 années précédentes. Ses analyses montrent l'existence d'une périodicité de 10 ans un tiers qu'il ne relie pas au cycle de taches déterminé par Schwabe. En 1852, Sir Edward Sabine trouve, dans l'occurence des orages magnétiques, une variabilité en amplitude et en fréquence de période de 10 ans environ. Il fait le rapprochement entre sa découverte et le cycle des taches, impliquant la similarité de leur périodicité à une coïncidence ou à un effet relevant d'une cause commune. A la fin de cette même année, ces résultats sont confirmés indépendemment par Wolf et Gautier. Ces publications marquent le début de la recherche sur les relations Soleil-Terre.

Au milieu du XIX siècle, l'assombrissement centre-bord du disque solaire est un phénomène connu mais controversé. La controverse prend fin lorsque Fizeau et Foucault en 1845 produisent la première photographie du Soleil. L'assombrissement y est clairement visible ainsi d'ailleurs que l'ombre et la pénombre de quelques taches présentes. En 1857, de la Rue organise à Kew, en Angleterre, un appareil permanent appelé photohéliographe pour la photographie journalière du Soleil et le relevé précis des taches. Son uvre est reprise en 1872 et continuée à l'observatoire de Greenwich qui s'adjoint quelques autres observatoire dotés des mêmes instruments afin d'avoir le plus possible une fenêtre d'observations continue. La série prend fin en 1976.