La comparaison

Les différentes séries de mesures utilisées au cours de cette thèse, et pour lesquelles des comparaisons ont été effectuées, sont :

• le champ magnétique intégré sur tout le disque : de janvier 1977 à avril 1992
• le PSI (Photometric Sunspot Index) : de novembre 1978 à février 1993
• le rapport centre-bord du doublet du magnésium non résolu : de novembre 1978 à août 1994
• l'irradiance totale mesurée par ERB : de novembre 1978 à janvier 1993
• l'irradiance totale mesurée par ACRIM I : de février 1980 à mai 1989
• le rapport centre-bord du doublet du magnésium non résolu :
• l'hélium neutre : de janvier 1960 à janvier 1993 de novembre 1978 à août 1994
• le flux radio à 10,7 cm : de janvier 1960 à septembre 1992

Les deux premières séries temporelles sont directement relatives à l'activité magnétique, la seconde étant cependant un indice calculé, destiné à estimer le déficit en irradiance dû aux taches. Ces indicateurs sont donc originaires de la photoshère, mince couche de la surface du Soleil. L'irradiance totale représente le flux total (intégré sur tout le spectre des longueurs d'onde) émis par la couche photosphérique et reçu à une unité astronomique du Soleil, en-dehors de l'atmosphère terrestre (qui absorbe une bonne partie des radiations solaires). Les raies h et k du magnésium se forment dans la chromosphère, à 800 km environ de la surface ; elle est généralement considérée comme un bon indicateur de l'irradiance dans l'ultraviolet. La raie de l'hélium se forme plus haut dans l'atmosphère et sa variabilité est due à l'activité chromsphérique et coronale. Le flux radio à 10,7 cm est originaire de la basse couronne.
La comparaison des variations de ces différents indices peut par conséquent fournir des indications précieuses quant aux mécanismes de base les générant et à leur influence sur les diverses couches atmosphériques solaires.

J'ai étudié ces différents indices dans le plan temps-fréquence (par transformation en ondelettes) en m'intéressant particulièrement au domaine fréquentiel comprenant l'inverse de la période de rotation solaire. Les résultats ont montré que, sur des échelles de temps de l'ordre de la rotation, tous ces indicateurs sont influencés par le même phénomène physique (l'activité magnétique) et que leurs réactions à ce phénomène sont à peu près semblables (les détails de l'étude sont donnés au chapitre 3). Quelques écarts (non expliqués pour l'instant) à cette apparente cohérence ont été mis en évidence lors de l'étude du flux à 10,7 cm et de l'irradiance corrigée de l'effet des taches. Les diagrammes temps-fréquence de ces différents indices ont de plus montré que la période de rotation solaire évoluait au cours d'un cycle de 11 ans, passant de 30 jours environ au maximum de l'activité solaire à 26 jours environ en fin de cycle (c'est-à-dire au minimum de l'activité). Cette évolution de la période illustre le déplacement des centres actifs des latitudes médianes vers l'équateur au cours d'un cycle solaire ainsi que les effets de la rotation différentielle.
J'ai aussi effectué une simulation empirique des variations du rapport centre-bord du doublet du magnésium non résolu. Cette simulation a été basée sur une étude approfondie des renseignements que peuvent fournir plusieurs diagrammes en ondelettes, calculés avec différentes résolution, de cet indice. La comparaison des résultats de la simulation avec les données réelles est très encourageante (voir la fin du chapitre 3).

Une autre type de comparaison des cinq premiers indices de la liste a été effectué en collaboration avec Judit Pap. Nous avons tout d'abord calculé les dispersions des valeurs journalières des différents indices sur un mois (Pap, Vigouroux et Delache 1996). La représentation, pour chacun de ces indices, des valeurs dispersions en fonction des moyennes correspondantes, a montré, sans surprise, que les fluctuations des valeurs journalières étaient plus grandes en période de forte activité. Ces diagrammes permettent aussi de localiser précisément la période pendant laquelle l'activité solaire est à son minimum. Nous avons ainsi pu déterminer les dates de début et de fin de minimum pour chacun des indices utilisés. Ainsi défini, la longueur du minimum détecté dans l'irradiance totale et dans l'index du magnésium est différente de celle des minima du champ magnétique intégré sur tout le disque et du PSI. Par ailleurs, nos résultats ont montré que l'irradiance totale corrigée de l'effet des taches et l'index du magnésium commencent la montée du cycle suivant 8 à 10 mois plus tôt que les indices relatifs aux champs magnétiques. Nous ne savons pas encore si ce décalage est lié à un couplage non linéaire existant entre les différentes couches de l'atmosphère solaire ou si c'est parce que le champ magnétique intégré sur tout le disque (et a fortiori le PSI) ne tient pas compte des éléments magnétiques à petites échelles et/ou à faible champ qui influencent directement l'irradiance totale et dans l'ultraviolet.

Nous avons aussi comparé dans une autre étude (Vigouroux et Pap 1995, Vigouroux, Pap et Delache, soumis) les variations à court terme (c'est-à-dire celles intervenant sur des échelles de temps comprises entre un mois et 8 ans) de ces différents indices. Les variations à court terme ont été sélectionnées par une analyse en ondelettes des séries temporelles. Nos résultats ont montré que l'irradiance totale et l'index du magnésium ont des variations similaires à celles du champ magnétique intégré sur tout le disque si l'on ne considère que les échelles de variations de l'ordre de 4 à 8 mois, représentatives du temps d'évolution des complexes d'activité. En revanche, sur des échelles de temps supérieures, des décalages systématiques ont été constatés entre les variations des indices relatifs à l'irradiance et ceux relatifs aux champs magnétiques, ces derniers étant en avance par rapport aux précédents. Par ailleurs, l'index du magnésium et l'irradiance totale corrigée de l'effet des taches sont fortement corrélés quelles que soient les échelles de variations considérées, mettant ainsi en évidence qu'ils sont tous deux fortement influencés par les mêmes mécanismes (principalement les champs magnétiques hors taches). Cependant, nos résultats révèlent aussi l'existence d'une corrélation pour un décalage de 10 mois entre l'index du magnésium et l'irradiance totale corrigée de l'effet des taches : ceci indique que, même si globalement la corrélation est forte entre les deux indices, la réponse des couches photosphériques aux variations du champ magnétique peut être différente de celle des couches chromosphériques. Ce résultat implique aussi que les indices d'origine chromosphériques ne sont pas de très bons indicateurs de l'effet à long terme des facules sur l'irradiance totale.