Smile, une collaboration sino-européenne pour explorer le vent solaire

La mission SMILE, pour Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer, est une mission conjointe entre l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et l’Académie chinoise des sciences (CAS), visant à étudier les interactions entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre.

SMILE succède à la mission Double Star, opérationnelle de 2003 à 2007, une mission chinoise avec une contribution supplémentaire de l’ESA où 2 satellites chinois ont travaillé de concert avec les satellites européens Cluster pour l’étude des interactions entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre.

Dès sa sélection en 2015, la mission SMILE a été conçue comme un projet commun entre l’ESA et la Chine. Les deux parties ont collaboré à chaque étape : définition de la mission, appels à propositions conjoints, sélection, étude et mise en œuvre.

La Chine fournit la plateforme spatiale, les tests, les opérations à bord, deux instruments (LIA et MAG) et le support sol partiel, tandis que l’ESA apporte le module de charge utile (SXI, UVI), le lanceur Vega-C, les installations de test et les opérations scientifiques partagées.

Les objectifs scientifiques

SMILE vise à résoudre trois mystères majeurs des interactions entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre : Comment le plasma solaire pénètre-t-il la magnétosphère ? Pourquoi les cuspides sont les portes d’entrée privilégiées et comment les perturbations solaires se propagent-elles de la magnétosphère vers les aurores ionosphériques ? Ces mystères entravent actuellement les prévisions précises de la météo spatiale.

Malgré le bouclier magnétique terrestre, le vent solaire parvient à s’infiltrer via la reconnexion magnétique à la magnétopause : quand le champ magnétique solaire pointe vers le sud et rencontre notre champ terrestre orienté nord, il se « casse » brutalement en formant un X (lignes de reconnexion), libérant une explosion d’énergie qui aspire le plasma solaire dans notre magnétosphère, alimentant les aurores boréales et les tempêtes géomagnétiques.

SMILE cartographiera en continu ces zones de « fuites » de plasma, révélant les mécanismes précis et leur variabilité.

Les cuspides polaires sont des régions où le champ magnétique s’ouvre directement vers le Soleil, mais leur comportement dynamique reste mal compris. Les images en rayons X associées aux mesures UV des aurores boréales devraient permettre de tracer les flux d’énergie solaire en temps réel et comment l’énergie solaire envahit l’atmosphère terrestre supérieure.

Le lien causal entre tempêtes solaires et aurores reste flou. En observant simultanément la magnétopause, les cuspides et les aurores sur plus de 40 heures par orbite, les scientifiques espèrent que SMILE établira les causalités directes, transformant les modèles empiriques en physique fondamentale pour de meilleures alertes tempêtes spatiales.

Quatre instruments pour l’observation l’étude des interactions vent solaire / magnétosphère terrestre

D’une masse d’environ 2 300 kg au décollage, SMILE a été construit par Airbus Space pour la partie européenne, avec une plateforme sino-européenne intégrée et testée à l’ESTEC, le centre technique de l’ESA aux Pays-Bas.

SMILE embarque 4 instruments scientifiques, développés conjointement par l’ESA et la CAS :

• Imageur en rayons X (SXI) : Fourni des images de la magnétopause et des cuspides magnétosphériques, où les particules solaires interagissent avec le champ magnétique terrestre.
• Imageur ultraviolet (UVI) : Capture les aurores boréales en lumière UV pour étudier les phénomènes ionosphériques liés au vent solaire.
• Analyseur d’ions légers (LIA) : Mesure in situ la composition et le flux des ions du vent solaire.
• Magnétomètre (MAG) : Enregistre les variations du champ magnétique terrestre pour détecter les perturbations solaires.

Smile sur une orbite très particulière

Smile a décollé à bord de Vega C ce 19 mai et placé sur une orbite elliptique très inclinée autour de la Terre.

SMILE va fonctionner sur une orbite elliptique inclinée à 73° avec un périgée à 5 000 km (pour les transmissions vers les stations sols de l’ESA en Antarctique et en Chine) et un apogée à 121 000 km, soit un tiers de la distance Terre-Lune. Ce type d’orbite permet à SMILE de passer une grande partie de son temps (environ 80 %, soit 45 heures par orbite, soit l’équivalent de 9 mois de l’année) à haute altitude, permettant à la sonde de collecter des observations continues pendant des périodes plus longues. Cette orbite limite également le temps passé dans les ceintures de Van Allen à haut rayonnement et dans les deux ceintures toroïdales.

Depuis cette orbite inhabituellement allongée, le satellite sera capable de réaliser des observations continues de régions clés de l’espace proche de la Terre sur une période de plus de 40 heures. Il prendra notamment des images et des films de la magnétopause, la limite où la magnétosphère terrestre rencontre le vent solaire, ainsi que des cuspides polaires et de la région éclairée par les aurores boréales.

La durée nominale de la mission est de 3 ans.

Ces données inédites permettront de modéliser en temps réel les réponses de la magnétosphère aux variations solaires, passant d’observations locales à une vue globale. Ainsi, SMILE devrait aider à prévoir les perturbations géomagnétiques avec plus de précision, protégeant les infrastructures critiques contre les éjections de masse coronale.

Source principale : ESA Science et kit de lancement.

Image de couverture : Illustration de SMILE observant la magnétospjhère terrestre et ses interactions avec le vent solaire (crédit ESA)