Parker Solar Probe : premières révélations sur le Soleil

La mission spatiale américaine Parker Solar Probe vient de passer un peu plus de 1 an autour du Soleil.

Lancée le 12 août 2018, la sonde a désormais réalisé 3 orbites complètes autour de notre étoile afin de tenter de percer certains de ses mystères, comme par exemple, pourquoi la couronne solaire est plus chaude que le surface du Soleil lui-même.

Mieux comprendre le Soleil

Le Soleil éjecte chaque jour des quantités énormes de particules se déplaçant à la vitesse de la lumière et des milliards de tonnes de matériaux magnétisés, qui affectent la Terre au niveau de l’atmosphère (créant notamment les aurores boréales ou des perturbations des réseaux électriques), et peuvent perturber les missions spatiales qui se trouvent sur leur chemin (en générant par exemple des radiations nocives pour les astronautes ou perturbant le fonctionnement des satellites). Mieux connaître ces phénomènes, c’est éventuellement mieux prévenir les perturbations terrestres.

La plupart des matières qui s’échappent du Soleil font partie du vent solaire, un écoulement continu de matières solaires qui baigne tout le Système Solaire. Ce gaz ionisé, appelé plasma, emporte avec lui le champ magnétique du Soleil, l’étirant à travers le Système Solaire dans une bulle géante – l’héliosphère – qui s’étend sur plus de 16 milliards de kilomètres.

La météo spatiale, c’est l’étude des effets du Soleil sur la Terre et son environnement spatial (crédit NOAA)

 

Les découvertes réalisées sur le Soleil seront aussi utiles pour mieux comprendre d’autres catégories d’étoiles.

Les premières données analysées

Le 4 décembre, 4 articles scientifiques ont été publiés dans la célèbre revue Nature et le 11 décembre, une présentation des premières découvertes a été effectuée à l’American Geophysical Union (Union américaine de géophysique).

Les données analysées sont celles des 2 premiers passages au plus près du Soleil réalisés entre les 31 octobre et 12 novembre 2018, puis entre le 30 mars et le 19 avril 2019, à moins de 0,25 UA (1 UA = distance moyenne Terre-Soleil = ~ 150 millions de km).

Des lacets dans le champ magnétique

Les chercheurs issus de plusieurs laboratoires, dont le LESIA en France, ont notamment découvert que le vent solaire est fortement perturbé par de petits jets de plasma supersoniques. Ces derniers pourraient impacter le mécanisme de formation du vent solaire et du chauffage de la couronne.

Animation des données de l’instrument WISPR sur Parker Solar Probe. Le Soleil est à gauche de l’animation et Jupiter est surligné en rouge (Crédits: Naval Research Laboratory / Johns Hopkins Applied Physics Lab)

Le vent solaire près du Soleil est beaucoup plus structuré et dynamique qu’il ne l’est sur Terre. Les chercheurs ont trouvé qu’il y avait d’importants sauts de vitesse et des retournements de champ magnétique très fréquents. Les données de PSP suggèrent que les lignes de champ contiennent des coudes en forme de S et que le Soleil libère des amas de plasma qui font partie du jeune vent solaire. Bien que certaines structures magnétiques similaires aient été observées auparavant, la grande amplitude et le taux d’occurrence élevé de ces inversions sont surprenants. En fait, la nature de ces structures reste inconnue à ce jour.

L’environnement proche du Soleil à partir des premières données de Parker Solar Probe. L’atmosphère la plus à l’extérieur du Soleil génère un écoulement de particules de plasma (ions et électrons), appelé vent solaire. Des électrons «Strahl» et des particules énergétiques s’écoulent dans le flux de vent le long des lignes de champ magnétique du Soleil. (crédit : Nature)

Ces « lacets » pourraient être des signatures du processus qui chauffe l’atmosphère extérieure du Soleil, la Couronne, à des millions de degrés, des centaines de fois plus chaude que la surface de l’étoile.

La sonde solaire Parker a traversé plusieurs «lacets» – des tubes de vent solaire rapide émergeant de trous coronaux dans la haute atmosphère du Soleil. (Crédit: NASA / GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez)

« La complexité était époustouflante lorsque nous avons commencé à examiner les données« , a déclaré Stuart Bale, de l’Université de Berkeley en Californie, responsable de la suite d’instruments FIELDS de Parker Solar Probe, qui étudie l’échelle et la forme des champs électriques et magnétiques. « Maintenant, je m’y suis habitué. Mais quand je montre des collègues pour la première fois, ils sont juste époustouflés. Du point de vue de Parker à 25 millions de kilomètres du Soleil, le vent solaire est beaucoup plus impulsif et instable que ce que nous voyons près de la Terre. »

Observation d’un CME in-situ

Lors du premier survol solaire de Parker Solar Probe en novembre 2018, le vaisseau spatial a été touché par une éjection de masse coronale ou CME (Coronal Mass Ejection), un des nuages ​​discrets de matériaux éjectés par le Soleil, souvent difficilement observable car furtifs, mais plus denses et parfois plus rapides que le vent solaire.

Vidéo montre le flux de particules autour de la Terre lorsque une CME la frappe (crédit NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)

« En volant près du Soleil, Parker Solar Probe a une chance unique de voir de jeunes CME qui n’ont pas été affectés par des dizaines de millions de kilomètres parcourus« , a déclaré Kelly Korreck, responsable des opérations scientifiques pour les instruments SWEAP de Parker, basé à l’Observatoire astrophysique Smithsonian  de Cambridge dans le Massachusetts. « C’était la première fois que nous pouvions avoir nos instruments à l’intérieur d’une de ces éjections de masse coronale si proche du Soleil. »

Alors que Parker Solar Probe s’éloignait du Soleil en avril 2019, après son 2e survol solaire, la sonde a observé l’événement de particules le plus énergétique vu à ce jour par la mission. Les mesures effectuées par la suite d’instruments à particules énergétiques, ISʘIS, ont montré comment certaines particules étaient dynamisées. 

« Les régions devant les éjections de masse coronales accumulent du matériel, comme des chasse-neige dans l’espace, et il s’avère que ces » chasse-neige « accumulent également du matériel à partir des éruptions solaires précédemment émises« , a déclaré Nathan Schwadron, un chercheur de l’Université de Durham dans le New Hampshire.

Parker Solar Probe a observé comment les éjections de masse coronale – qui sont décrites en noir dans cette simulation informatique – peuvent agir comme des « chasse-neige » pour les particules solaires précédemment libérées, contribuant aux événements de particules énergétiques (Credits: Nathan Schwadron, et al.)

 

Encore 21 survols du Soleil à venir

À ses passages les plus proches, le vaisseau spatial doit survivre à une intensité solaire d’environ 500 fois ce que nous vivons sur Terre. En espérant que la sonde supporte ces passages répétés, il reste encore 21 survols au plus près du Soleil prévus au cours de la mission jusqu’en 2025.

 

Planning des orbites de Parker Solar Probe (via @wakka)
Les différentes orbites de Parker Solar Probe (crédit NASA, francisé par @Wakka)

Parker Solar Probe devrait donc continuer à nous en apprendre plus sur notre Soleil dans les années à venir. Et en plus, elle sera bientôt complétée par la mission européenne Solar Orbiter qui doit décoller en février 2020.

L’atmosphère du Soleil dans la lumière ultraviolette pendant le premier périhélie de Parker Solar Probe; les points lumineux montrent les régions où l’énergie magnétique est libérée pour chauffer le plasma. Crédit: NASA / SDO

 

Source principales de l’article : A step closer to the Sun’s secrets et  Revealing the Physics of the Sun with Parker Solar Probe

Tous les articles sur Parker Solar Probe

Image de couverture : Image de l’instrument WISPR à bord de Parker Solar Probe prise en novembre 2018 (Crédit : NASA/Naval Research Laboratory/Parker Solar Probe)

Pour en savoir plus, les publications dans Nature :

  • Moncuquet, Meyer-Vernet, Issautier et al., First in-situ Measurements of Electron Density and Temperature from Quasi-Thermal Noise Spectroscopy with Parker Solar Probe/FIELDS, ApJS (Parker Solar Probe special issue)
    http://arxiv.org/abs/1912.02518
  • Maksimovic et al., Anti-correlation Between the Bulk Speed and the Electron Temperature in the Pristine Solar Wind : First Results from Parker Solar Probe and Comparison with Helios, ApJS (Parker Solar Probe special issue)

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