Pourquoi les taches solaires apparaissent-elles sombres?

Les taches solaires, comme celle-ci, semblent sombres:

Pourquoi?

Les taches solaires typiques ont une région sombre (umbra) entourée d'une région plus claire, la pénombre. Alors que les taches solaires ont une température d'environ 6300 ° F (3482,2 ° C), la surface du soleil qui l'entoure a une température de 10 000 ° F (5537,8 ° C).

De cette ressource de la NASA :

Les taches solaires sont en fait des régions de la surface solaire où le champ magnétique du Soleil se concentre plus de 1000 fois. Les scientifiques ne savent pas encore comment cela se produit. Les champs magnétiques produisent de la pression, et cette pression peut faire en sorte que le gaz à l'intérieur de la tache solaire soit en équilibre avec le gaz à l'extérieur de la tache solaire ... mais à une température plus basse. Les taches solaires sont en fait plusieurs milliers de degrés plus froides que la surface de 5 770 K (5496,8 ° C) du Soleil et contiennent des gaz à une température de 3000 à 4000 K (2726,9 - 3726,8 ° C). Ils ne sont sombres que par contraste avec la surface solaire beaucoup plus chaude. Si vous deviez mettre une tache solaire dans le ciel nocturne, elle brillerait plus brillante que la pleine lune avec une couleur orange cramoisi!

Les taches solaires sont des zones d'activité magentique intense, comme le montre cette image:

Vous pouvez voir le type de matériau s'étirer en brins.

Quant à la raison pour laquelle il est plus frais que le reste de la surface:

Bien que les détails de la génération des taches solaires soient encore un sujet de recherche, il semble que les taches solaires soient les homologues visibles des tubes à flux magnétique dans la zone convective du Soleil qui "s'enroulent" par rotation différentielle . Si la contrainte sur les tubes atteint une certaine limite, ils s'enroulent comme un élastique et perforent la surface du soleil. La convection est inhibée aux points de ponction; le flux d'énergie de l'intérieur du Soleil diminue; et avec lui la température de surface.

Dans l'ensemble, les taches solaires apparaissent sombres car elles sont plus sombres que la surface environnante . Ils sont plus sombres parce qu'ils sont plus frais, et ils sont plus froids en raison des champs magnétiques intenses qu'ils contiennent.

Les taches solaires sont plus froides car leurs champs magnétiques empêchent la reconstitution de la chaleur des flux convectifs (en raison de l'interaction entre le plasma et les champs magnétiques). Cela leur permet de refroidir de façon radicale. Le reste de la surface solaire est constamment renouvelé par des cellules convectives qui la réchauffent.

Le plasma solaire de la photosphère rayonne à peu près comme un corps noir, ce qui signifie que le spectre d'énergie (et de longueur d'onde) du rayonnement suit la fonction Plank. La fonction Plank évolue de haut en bas avec la température à toutes les énergies (et longueurs d'onde). La luminosité d'un corps noir à une énergie (ou longueur d'onde) donnée est déterminée par la valeur de la fonction de planche à cette énergie.

L'image que vous avez montrée est prise dans le «continuum photosphérique», qui est une partie dominée par le corps noir du spectre de rayonnement. Donc, parce que les taches solaires sont fraîches (par rapport à leur environnement), cela signifie que leur fonction Plank est inférieure à leur environnement, et donc leur luminosité est plus faible, ce qui les fait apparaître sombres dans l'image.