Solar Orbiter : l’Europe va étudier le Soleil

La nouvelle grande mission de l’Agence Spatiale Européenne qui vient de débuter s’appelle : Solar Orbiter.

Liftoff! Atlas V Solar Orbiter
Décollage de Solar Orbiter à bord d’une Atlas V le 10/02/2020 (crédit ULA)

Voici les principaux objectifs et rendez-vous à venir avec cette mission scientifique attendue.

 

Une mission complémentaire à Parker Solar Probe pour l’étude du Soleil

En août 2018, une autre grande mission d’étude du Soleil avait été lancée et a déjà commencé son étude du Soleil : Parker Solar Probe.

Mais alors pourquoi une nouvelle mission ? Parce que certains des objectifs et des mesures de Solar Orbiter sont complémentaires à ceux de la mission américaine.

Parker Solar Probe va surtout étudier la couronne solaire car la sonde va directement traverser les région internes de l’atmosphère de notre étoile, là où le plasma coronal se détache pour devenir le vent solaire. Mais, Parker Solar Probe n’a pas de caméras qui regardent directement le Soleil.

Solar Orbiter va surtout étudier la surface de l’astre, les vents solaires et les éjections de masse coronales (CME).

Anatomy of the Sun
Anatomie du Soleil : jets de plasma, émissions de radiations et de particules chargées seornt les sujets d’études de Solar Orbiter (crédit ESA)

C’est la première mission qui va fournir des images des pôles du Soleil, non visibles depuis la Terre.

Solar Orbiter: what’s new
Quelles sont les nouveautés de la mission Solar Orbiter ? (Crédits: ESA-S.Poletti)

10 instruments à bord dont 6 contributions françaises

Solar Orbiter embarque 10 instruments pour observer les turbulences à la surface du Soleil et étudier les changements qui s’opèrent dans le vent solaire.

Une grande première : ses caméras, notamment EUI, et l’orbite particulière de Solar Orbiter, vont permettre de regarder les pôles, ces régions ou le champ magnétique inverse sa polarité environ tous les 11 ans.

Les instruments in situ fonctionneront tout au long de chaque orbite, tandis que l’utilisation des 6 imageurs, fonctionnant dans des longueurs d’ondes différentes, sera limitée à 30 jours par orbite.

Les différents instruments de la mission Solar Orbiter (crédit CNES)
Les instruments in situ :
EPD: Détecteur de particules énergétiques
Chercheur principal: Javier Rodríguez-Pacheco, Université d’Alcalá, Espagne
Pays collaborateurs (matériel): Espagne, Allemagne, États-Unis, l’ESA 
EPD mesurera la composition, la synchronisation et les fonctions de distribution des particules suprathermiques et énergétiques. Les sujets scientifiques à traiter comprennent les sources, les mécanismes d’accélération et les processus de transport de ces particules.
MAG: Magnétomètre
Chercheur principal: Timothy Horbury, Imperial College London, Royaume-Uni
Pays collaborateur (matériel): Royaume-Uni
Le magnétomètre fournira des mesures in situ du champ magnétique héliosphérique avec une grande précision. Cela facilitera des études détaillées sur la façon dont le champ magnétique du Soleil se connecte à l’espace et évolue au cours du cycle solaire; comment les particules sont accélérées et se propagent autour du Système Solaire, y compris vers la Terre; comment la couronne et le vent solaire sont chauffés et accélérés.
RPW: Radio and Plasma Waves
Chercheur principal: Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, Meudon, France
Pays collaborateurs (matériel):  France, Suède, République tchèque, Autriche
L’expérience RPW est unique parmi les instruments de Solar Orbiter dans la mesure où elle permet à la fois mesures in situ et par télédétection. RPW mesurera les champs magnétiques et électriques à haute résolution temporelle en utilisant un certain nombre de capteurs / antennes, pour déterminer les caractéristiques des ondes électromagnétiques et électrostatiques dans le vent solaire. 
SWA: Solar Wind Plasma Analyzer
Chercheur principal: Christopher J. Owen, Mullard Space Science Laboratory, Royaume-Uni
Pays collaborateurs (matériel):  Royaume-Uni, Italie, France, États-Unis
Le Solar Wind Plasma Analyzer, SWA, consiste en une suite de capteurs qui mesurera les propriétés de masse des ions et des électrons (y compris la densité, la vitesse et la température) du vent solaire, caractérisant ainsi le vent solaire entre 0,28 et 1,4 UA du Soleil. En plus de déterminer les propriétés globales du vent, SWA fournira des mesures de la composition des ions du vent solaire pour les éléments clés (par exemple le groupe C, N, O et Fe, Si ou Mg).
Les instruments de télédétection :
EUI: Extreme Ultraviolet Imager
Chercheur principal: David Berghmans, Observatoire royal de Belgique, Bruxelles, Belgique
Pays collaborateurs (matériel): Belgique, Royaume-Uni, France, Allemagne, Suisse
EUI fournira des séquences d’images des couches atmosphériques solaires au-dessus de la photosphère, ce qui permettra fournissant un lien indispensable entre la surface solaire et la couronne externe qui façonne finalement les caractéristiques du milieu interplanétaire. EUI fournira également les toutes premières images UV du Soleil à partir d’un point de vue hors écliptique (jusqu’à 34° de latitude solaire pendant la phase de mission étendue).
METIS: Coronagraph
Chercheur principal: Marco Romoli, INAF – Université de Florence, Italie
Pays collaborateurs (matériel): Italie, Allemagne, République tchèque
METIS imagera simultanément les émissions visibles, ultraviolettes et ultraviolettes extrêmes de la couronne solaire et diagnostiquera, avec une temporalité sans précédent, la couverture et la résolution spatiale, la structure et la dynamique de la couronne complète dans la plage de 1,4 à 3,0 (de 1,7 à 4,1) des rayons solaires du centre du Soleil, au minimum (maximum) périhélie pendant la mission nominale. Il s’agit d’une région cruciale pour relier les phénomènes atmosphériques solaires à leur évolution dans l’héliosphère intérieure.
PHI: Polarimetric and Helioseismic Imager
Chercheur principal: Sami Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Germany
Pays collaborateurs (matériel): Allemagne, Espagne, France
Le Polarimetric and Helioseismic Imager, PHI, fournira haute résolution et pleine mesures du disque du champ magnétique vectoriel photosphérique et de la vitesse de visibilité (LOS) ainsi que de l’intensité du continuum dans la gamme de longueurs d’onde visibles. Les cartes de vitesse LOS auront la précision et la stabilité pour permettre des études héliosismiques détaillées de l’intérieur solaire, en particulier de la zone de convection solaire.
SoloHI: Heliospheric Imager
Chercheur principal: Russell A. Howard, US Naval Research Laboratory, Washington, DC, États-Unis
Pays collaborateur (matériel): États-Unis
Cet instrument permettra de visualiser à la fois le flux quasi-stable et les perturbations transitoires du vent solaire sur un large champ de vue en observant la lumière solaire visible diffusée par les électrons du vent solaire. Il fournira des mesures uniques pour localiser avec précision les éjections de masse coronale (CME).
SPICE: Imagerie Spectrale de l’Environnement Coronal
Chercheur Principal pour la phase d’opérations : Frédéric Auchère, Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay, France
Pays collaborateurs (matériel): Royaume-Uni, Allemagne, France, Suisse, États-Unis

Cet instrument effectuera une spectroscopie d’imagerie ultraviolette extrême pour caractériser à distance les propriétés du plasma de la couronne du disque solaire. Cela permettra de faire correspondre les signatures de composition in situ des vents solaires à leurs régions sources à la surface du Soleil.
STIX: Spectromètre à rayons X / Télescope
Chercheur principal: Samuel Krucker, FHNW, Windisch, Suisse
Pays collaborateurs (matériel): Suisse, Pologne, Allemagne, République tchèque, France
STIX fournit la spectroscopie d’imagerie des émissions de rayons X solaires thermiques et non thermiques . STIX fournira des informations quantitatives sur le timing, l’emplacement, l’intensité et les spectres des électrons accélérés ainsi que des plasmas thermiques à haute température, principalement associés aux éruptions et / ou aux microflares.

Solar Orbiter est en fait une mission conjointe ESA-NASA. La NASA fournit un instrument, SoloHI, et le lanceur Atlas V. Il y a aussi un échange des données récoltées par les instruments des 2 sondes Parker Solar Probe et Solar Orbiter.

Extreme exploration with Solar Orbiter and Parker Solar Probe
Comparaison des missions Parker Solar Probe et Solar Orbiter (Crédits: ESA-S.Poletti)

Vous l’aurez compris, les scientifiques devraient avoir à disposition davantage de données sur notre Soleil grâce aux observations conjuguées de Solar Orbiter et de Parker Solar Probe.  Et c’est tant mieux pour la recherche scientifique !

Un long voyage attend Solar Orbiter

Solar Orbiter integrated into rocket fairing
Solar Orbiter lors de la mise sous coiffe du lanceur Atlas V à Cap Canaveral en Floride le 19 janvier 2020 (crédit ESA–S. Corvaja)


La sonde européenne vient de décoller ce lundi 10 février à 4h03 UTC depuis Cap Canaveral en Floride, à bord d’une fusée Atlas V d’ULA.

Configuration du lanceur Atlas V pour le lancement de Solar Orbiter (crédit ULA)

Au Centre des Opérations de l’ESA à Darmstadt en Allemagne, les premiers signes de vie de SOLO, le petit nom donné par les opérateurs, a été reçu

Première acquisition du signal de Solar Orbiter au Centre des Opérations de l’ESA (crédit live ESA)

et le déploiement des panneaux solaires a été rapidement confirmé, étape critique car sans eux, pas d’électricité à bord du satellite

 

La mission de Solar Orbiter est prévue pour durer au moins 7 ans. Mais c’est seulement après environ 22 mois de voyage, en novembre 2021, que Solar Orbiter arrivera sur son orbite opérationnelle pour nous révéler les mystères du Soleil.

L’orbite elliptique de SOLO doit permettre un passage au plus près du Soleil à 42 millions de kilomètres, ou environ 59 fois le rayon du Soleil, soit 0,28 UA (UA = Unité Astronomique, 1 UA = 150 millions de km = distance moyenne Terre- Soleil), soit bien moins que la distance Mercure-Soleil moyenne de 0,39 UA.

Des survols de Vénus pour accélérer

Lors de la séparation du lanceur, SOLO a acquis la vitesse de 12,35 km/s pour lui permettre de s’échapper de l’attraction terrestre.  Mais afin d’obtenir la vitesse suffisante pour l’orbite désirée vers l’intérieur du Système Solaire, les ingénieurs des opérations en vol de l’ESA vont profiter de l’attraction de la planète Vénus pour accélérer la sonde. C’est ce qu’on appelle l’assistance gravitationnelle. Il y aura en tout 8 survols de Vénus pendant la mission, et même un survol de la Terre en novembre 2021.

Le premier passage solaire rapproché aura lieu en 2022 à environ un tiers de la distance de la Terre au Soleil.

Le survol de Vénus de février 2025 permettra d’augmenter l’inclinaison de l’orbite jusqu’à 25° par rapport au plan de l’écliptique, voire jusqu’à 34° si la mission est étendue au-delà de 7 ans, l’inclinaison de l’orbite favorisant les observations des pôles du Soleil.

 

Solar Orbiter: journey around the Sun
Les changements d’orbite de Solar Orbiter, notamment induits par les survols de Vénus (crédits ESA)

 

Un défi technologique

Mais Solar Orbiter va s’approcher du Soleil et devra faire face à des températures élevées, jusqu’à 500°C, soit plus de 13 fois celles ressenties par un satellite en orbite terrestre. 

L’environnement du Soleil étant fortement magnétique, il a fallu que le satellite soit le moins possible sensible à ces particules chargées, qui peuvent en plus constituer des « bruits » parasites aux mesures.

Solar Orbiter: Operating in extreme environments

La conception de Solar Orbiter a demandé une grande ingénierie de la part du maître d’oeuvre Airbus Space UK, de ses partenaires et fournisseurs d’instruments.

Je vous en parlais dans la vidéo de ma visite au satellite avant son départ pour la Floride :

Rendez-vous avec Solar Orbiter prêt au lancement

Une mission à suivre dans les prochains mois et années, sur Rêves d’Espace évidemment !

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