Solar Orbiter : la science commence en avance

La mission Solar Orbiter de l’Agence Spatiale Européenne avec une participation de la NASA lancée en février 2020 n’en est encore qu’à sa « phase de croisière », principalement centrée sur l’étalonnage des instruments, qu’elle apporte déjà des retombées scientifiques.

Les différents instruments de la mission Solar Orbiter (crédit CNES) – cliquez sur l’image pour une version HD

Première découverte

Les opérations scientifiques primaires de SolO ne devaient débuter qu’en octobre 2021 mais la mission a déjà observé des « feux de camp » à la surface du Soleil. Ces feux de camp de courte durée durent entre 10 et 200 secondes et ont une empreinte « au sol » comprise entre 400 et 4000 km. Ils sont situés très bas dans l’atmosphère solaire, à seulement quelques milliers de kilomètres au-dessus de la surface solaire, la photosphère.

Ce graphique résume ce que la mission Solar Orbiter de l’ESA, ainsi que la modélisation informatique, a révélé sur les feux de camp solaires au cours de la première année de la mission. Les feux de camp sont des éruptions solaires miniatures se manifestant par des éclaircissements de courte durée dans la couronne inférieure, enracinés dans les concentrations de flux magnétique de la chromosphère. Ils ont été identifiés pour la première fois dans les données de l’instrument Extreme Ultraviolet Imager, et des simulations informatiques fournissent des informations sur les phénomènes de champ magnétique qui les animent. (Crédit image: Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA; Data: Berghmans et al (2021) and Chen et al (2021)).

Des simulations informatiques montrent que ces éruptions solaires miniatures sont probablement entraînées par un processus qui peut contribuer de manière significative au réchauffement de l’atmosphère extérieure du Soleil, ou la couronne solaire. Si cela est confirmé par d’autres observations, cela ajoute un nouvel élément pour expliquer pourquoi la couronne solaire est plus chaude (~1 million de degré) que la surface du Soleil (~5 500 °C), l’un des plus grands mystères de la physique solaire actuels.

Comparaison d’un feu de camp solaire simulé par ordinateur (à gauche) et des champs magnétiques locaux associés et des lignes de champ (à droite) – crédit Chen et al (2021)

Premières éjections de masse coronale observées

Solar Orbiter a observé ses premières éjections de masse coronale (CME – Coronal Mass Ejection en anglais) fin 2020 et début 2021.

Les instruments Metis ont détecté une CME le 17 janvier, et EUI en avait détecté une en novembre de l’année dernière, tandis que les capteurs in situ de SolO avaient enregistré leur première CME peu après le lancement en avril 2020.

L’instrument EIU de Solar Orbiter a capturé sa première éjection de masse coronale (CME) le 17 novembre 2020. Le CME est visible en haut à droite. Le film est composé de dix images.
Les images sont prises à la longueur d’onde ultraviolette extrême de 17 nanomètres et montrent l’atmosphère du Soleil, la couronne (crédit Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA)

Mais les 2 plus grosses CME ont été détectées alors que la sonde se situait de l’autre côté du Soleil d’un point de vue de la Terre, peu après le périhélie (ou passage au plus près du Soleil) du 10 février 2021.

L’imageur dans l’ultraviolet extrême (EUI), l’imageur héliosphèrique (SoloHI) et le coronographe Metis ont capturé différents aspects de deux CME qui ont fait éruption au cours de la journée.

La combinaison des images de trois des instruments de télédétection de Solar Orbiter, l’EUI, Metis, et SoloHI, fournit à la fois des vues rapprochées et larges de l’évolution d’une éjection de masse coronale (CME ) les 12 et 13 février 2021. Cette compilation commence par une vue du soleil complet depuis EUI, avec le CME encerclé en bas à gauche. Ces images montrent la partie inférieure de la couronne (atmosphère) du Soleil alors que le CME saute pour la première fois dans l’espace. Metis, un coronographe, bloque la lumière de la surface solaire (représentée par la région noire sans données), ce qui permet de voir la couronne externe plus faible du Soleil. Le champ de vision des Métis capture le CME alors qu’il s’étend d’environ 2,9 à 5,6 rayons solaires, suivi d’une éruption à plus petite échelle possiblement liée à la reconfiguration post-CME de la couronne solaire. Enfin, le film effectue un zoom arrière pour afficher les observations de SoloHI, qui s’étendent de 8,5 rayons solaires à 45 rayons solaires, soit 0,2 UA. SoloHI image le vent solaire en capturant la lumière diffusée par les électrons dans le vent (crédit Solar Orbiter/EUI Team/Metis Team/SoloHI team/ESA & NASA)

Une bonne partie des instruments in situ ont également détecté une activité au niveau des particules autour de ces CME. Les données sont en cours d’analyse. 

Les CME ont également été détectées par Proba-2 de l’ESA et par la mission SOHO de l’ESA/NASA depuis la face avant du Soleil, tandis que STEREO-A de la NASA, situé à l’écart de la ligne Soleil-Terre, en a également eu un aperçu, ce qui permet aux scientifiques d’avoir une vue globale des événements.

Illustration (pas à l’échelle) des positions relatives des engins spatiaux ayant observé les éjections de masse coronale (CME) du 12 février 2021. Solar Orbiter de l’ESA était «derrière» le Soleil du point de vue de la Terre ; la Terre était à environ 12° à l’ouest du centre du Soleil vu de Solar Orbiter. Proba-2 de l’ESA, qui tourne autour de la Terre, et SOHO, mission conjointe de l’ESA / NASA, situé en orbite autour du point de Lagrange 1, à 1,5 million de km devant la Terre vers le Soleil, ont également observé le CME. STEREO-A de la NASA a également aperçu l’événement de son point de vue loin de la ligne directe Soleil-Terre (crédit ESA).

Les CME sont des éruptions de particules provenant de l’atmosphère solaire qui se propagent dans le Système Solaire. Les CME constituent un élément crucial de la « météo spatiale ». Ces particules provoquent des aurores sur les planètes dotées d’une atmosphère, mais elles peuvent aussi engendrer des dysfonctionnements dans certaines technologies et être dangereuses pour les astronautes non protégés. Il est donc primordial de comprendre les CME et de pouvoir suivre leur progression à mesure qu’elles se propagent dans le Système Solaire. 

Proba-2 de l’ESA (à gauche) a capturé l’origine de deux éjections de masse coronale le 12 février 2021. La première est vue vers 10h30 TU à 45° de longitude et s’étendant de 0 à -40 ° de latitude, et la seconde à environ 13h20 TU à 75º de longitude, -30º de latitude. Ils sont vus comme des filaments sombres qui montent et traversent la branche du Soleil avant de sauter dans l’espace, comme on le voit plus loin par les coronographes LASCO C2 (au milieu) et C3 (à droite) de SOHO. Proba-2 et SOHO regardent le côté Terre du Soleil, tandis que Solar Orbiter observait l’autre côté du Soleil au moment de l’éruption, offrant des perspectives différentes sur le même événement. L’éruption est donc vers la gauche du point de vue de Solar Orbiter et vers la droite dans les images Proba-2 et SOHO (crédit Proba-2: ESA/Royal Observatory of Belgium; SOHO: SOHO (ESA & NASA))

Encore des découvertes à venir

Solar Orbiter commencera des observations coordonnées entre sa suite de dix instruments de télédétection et in situ à partir de novembre 2021. Les scientifiques espèrent des mesures du vent solaire au plus près de son origine supposée dans les profondeurs de la photosphère, ainsi que des mesures précises de la couronne solaire et de l’héliosphère intérieure.

L’orbite de SolO effectue plusieurs passes près de Vénus afin de la placer progressivement sur une orbite inclinée autour du Soleil, ce qui lui permet d’observer les régions polaires de notre étoile jusqu’à présent non observées. Le premier survol de Vénus a été effectué le 27 décembre 2020.

SolO a atteint son premier périhélie à 0,46 unités astronomiques (UA) (77 millions de kilomètres) du Soleil le 15 juin 2020. Le 10 février 2021, SolO se situait à la moitié de la distance entre la Terre et le Soleil. Au bout de 7 ans de mission initiale prévue, cette distance sera réduite à seulement 0,28 UA (42 millions de kilomètres) du Soleil, à l’intérieur à l’orbite de Mercure.

Source principale : https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter

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