Magnétoconvection 2.2 Champs magnétiques 2.1.5 Observations

Sonder la zone convective

Les mesures de la rotation solaire et des écoulements de surface à grande échelle fournissent les principaux tests pour les théories concernant les couches profondes de la zone de convection. Récemment, les techniques d'héliosismologie ont permis de mesurer la rotation solaire en fonction de la latitude et de la profondeur jusqu'en bas de la zone contective (Rhodes et al. 1990, Thompson 1990, Christensen et al. 1988). La figure 2.6 montre que la rotation différentielle continue plus ou moins à l'intérieur de la zone convective et que les vitesses semblent converger au-delà impliquant une rotation quasi-rigide de la zone radiative. Les modèles de convection globale ne sont pas en accord avec ces observations. En effet, les simulations des couches profondes (Glatzmaier 1985) montrent une forte tendance de la rotation à être constante à l'intérieur de cyclindres coaxiaux avec l'axe de rotation solaire, spécialement dans la seconde moitié de la zone convective. Ce comportement, caractéristique de fluides incompréssibles et à faible viscosité, devrait aussi se manifester pour un fluide compréssible mais de nombre nombre de Rossby faible. Puisque le nombre de Rossby est de l'ordre de l'unité voire plus faible en bas de la zone convective (le temps de remontée d'une cellule y est de l'ordre de 1 mois), la rotation cyclindrique semblait compréhensible.

La transition entre gradient adiabatique et superadiabatique à la base de la zone convective donne lieu à une signature dans la vitesse du son : les mesures héliosismologiques de cette dernière permettent donc de déterminer précisément la base de la zone convective. (Christensen-Dalsgaard et al. 1991, Christensen-Dalsgaard 1993).

Le sondage de la zone convective peut aussi se faire en étudiant les mouvements des structures magnétiques, qui sont des traceurs profondément ancrés dans cette région. Le plasma est suffisament ionisé pour que les lignes de champ lui soit liées. Ainsi, les mouvements du champ magnétique représenteront ceux du fluide. Plusieurs études ont été faites dans ce sens (Gilman et al. 1984, Balthasar et Wöhl 1983, Ribes 1986a, 1986b, Nesme-Ribes et al. 1993a, 1993b). L'existence d'une circulation d'ensemble, certainement liée à la convection à grande échelle recherchée depuis longtemps, et d'une structure magnétique elle aussi à grande échelle a ainsi pu être déterminée par l'étude de l'évolution de traceurs bien choisis (en l'occurence les jeunes taches et les filaments , voir Ribes 1986a, 1986b). La concidence entre la circulation méridienne zonale et les structures magnétiques à grande échelle suggère qu'il s'agit de rouleaux magnétiques. Ces résultats remettent en cause la dynamique de la zone convective, le transport de moment angulaire (Nesme-Ribes et al. 1993a) et le mécanisme dynamo. Ceci sera traité un peu plus en détail après l'étude des champs magnétiques.