Search for planetary influences on solar activity

par Farida Baidolda

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Jacques Laskar.

Soutenue le 22-09-2017

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec IMCCE - Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (laboratoire) , Observatoire de Paris (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides / IMCCE (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Le Bourlot.

Le jury était composé de Jacques Laskar, Serge Koutchmy, Anne Lemaître, Allan Sacha Brun, Leonid Chenin.

Les rapporteurs étaient Serge Koutchmy, Anne Lemaître.

  • Titre traduit

    Rechercher des influences planétaires sur l'activité solaire


  • Résumé

    L'étude des variations de l'activité solaire et de ses effets sur les environnements climatiques reste une question ouverte, en dépit des nombreux efforts des chercheurs dans les différents domaines de la science. Par ailleurs, l'activité solaire est notamment un aspect important pour comprendre les relations Soleil-Terre et l'espace interplanétaire. Son étude nécessite différents types d'approches basées sur de nombreux modèles physiques. Le sujet de cette thèse est l'étude des influences possibles des perturbations planétaires sur l'activité solaire.Dans cette thèse, on a d'abord rappelé quelques connaissances générales sur les observations solaires, qui consistent à compter le nombre de taches solaires observées à la surface du Soleil. Les observations ont commencé au début du XVIIème siècle et se poursuivent actuellement. L'activité solaire est ainsi mesurée par le nombre de taches solaires. La physique solaire et les différentes approches pour expliquer les relations entre les planètes et le Soleil sont aussi brièvement évoquées.On a ensuite tenté d'étudier le comportement de l'activité solaire à court, moyen et long terme en utilisant l'analyse en fréquences pour déterminer les principales périodes solaires connues. L'analyse en fréquences permet ainsi de reconstruire une solution pour l'activité solaire, qui reproduit son évolution à long terme. On a vérifié la correspondance de cette solution avec les données d'activité solaire ainsi qu'avec les relevés géologiques de radioisotopes. Les minima et maxima de l'activité solaire reconstruite par l'analyse en fréquences sont aussi en bon accord avec les évènements géologiques connus. De nombreux travaux ont cherché à expliquer les influences directes ou partielles, extérieures (planètes,...) ou intérieures (dynamo,...) sur les variations de l'activité solaire. Dans ce travail, on a cherché à voir si une partie des variations observées de l'activité solaire pouvait être expliqué par la théorie des perturbations planétaires. Les possibles marées planétaires, qui influencent les variations du cycle solaire, sont également étudiées. On a ainsi mis au point un modèle dynamique plus réaliste pour décrire l'effet de marée exercé par les perturbations planétaires sur la déformation de la surface non sphérique du Soleil et qui peut moduler partiellement son activité. On s'intéresse uniquement aux effets dynamiques des planètes sur le Soleil et le modèle ne prend ainsi pas en compte leurs processus physiques internes. Le Soleil a été considéré comme un corps triaxial homogène et les planètes comme des points matériels.La variation des coefficients du potentiel induit par l'effet des marées solides a été calculée en utilisant les dernières éphémérides planétaires INPOP, qui sont transformées pour correspondre au repère de référence ici considéré. Le calcul des expressions semi-analytiques des coefficients de déformation du potentiel a été effectué. Ainsi, les estimations des effets des marées planétaires de chacune des planètes ainsi que l'effet total résultant ont été comparées aux observations de l'activité solaire et à l'évolution de l'activité solaire obtenue par l'analyse en fréquences. Enfin, la corrélation entre les déformations de la surface du Soleil et les variations de l'activité solaire est discutée.


  • Résumé

    The causes of solar variations and their impact on climatic environments have been andstill are the subject of large debate. The possible influence of planetary perturbations on thesolar cycles have also been recently the subject of multiples controverses. The goal of thepresent thesis is to provide some insight on this problem by a new computation of the planetaryperturbations on the Sun, at short, middle and and long time scales.At first, we describe our current understanding of the physical causes of the solar activityand their major observable manifestations, such as the sun spots records. We provide somehistorical background for the numerous records of solar activity proxies. We also review thedifferent approaches to explain the solar planetary relationships through an analysis of thepublished literature.The main purpose of the present work is to study the possible influence of the planetarygravitational perturbations on the solar cycles. In a first part, we analyse the short, middle andlong term solar activity behavior by using the quasiperiodic approximations provided by thefrequency map analysis method to determine the main periodicities of the solar cycles. Thisallows us to provide some reconstruction of the long timescale changes of solar activity variation.The reconstructed activity series are compared with the observed solar activity data and thelong term natural archives such as radioisotopes proxies. The reconstructed series still preservethe well recorded historical grand minima and maxima events and provide us some extendeddata for the study of the long timescale evolution of solar cycles.There has already been some attempts to explain the direct or partial influences of anexternal (e.g., the planets ) or an internal (e.g., its dynamo) effects on the solar changes. In thepresent work, we investigate the planetary tidal influence on solar cycle variations. We havedeveloped a realistic dynamical model for describing the tidal effect exerted by the perturbationof the planets of the Solar system on the deformation of the non-spherical Sun’s surface whichmay partially modulate its activity variations. The model is limited to the dynamical effects ofthe planets on the Sun and do not take account any physical interior process of the Sun. TheSun is considered as an homogeneous three axial non spherical body.The variations of the potential coefficients induced by the effects of body tides are com-puted, using the last INPOP planetary ephemerides and the long term solutions La2004. Thesemi-analytical expressions of the deformation coefficients of potential are derived. Thus, theestimations of the planetary tides effects of each planets and their combinations are comparedto the solar activity records and their reconstructed series. Hence, the correlations between thevariations of the deformation of Sun’s surface and its activity records are discussed.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par Observatoire de Paris [diffusion/distribution] à Paris

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