Gros plan sur une éruption solaire, y compris une éruption solaire, une éjection de masse coronale et un événement de particules énergétiques solaires. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Un joint Nasa– L’expérience du laboratoire de recherche naval américain dédiée à l’étude des origines des particules énergétiques solaires – la forme de rayonnement la plus dangereuse du Soleil – est prête à être lancée.
UVSC Pathfinder – abréviation de Ultraviolet Spectro-Coronagraph Pathfinder – fera du stop dans l’espace à bord de STPSat-6, le principal vaisseau spatial de la mission Space Test Program-3 (STP-3) pour le ministère de la Défense. STP-3 devrait décoller d’une fusée United Launch Alliance Atlas V 551 au plus tôt le 5 décembre, depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride.
Les particules énergétiques solaires, ou SEP, sont un type de météo spatiale qui pose un défi majeur à l’exploration spatiale. Une tempête de particules solaires, ou événement SEP, se produit lorsque le Soleil projette des particules énergétiques dans l’espace à des vitesses si élevées que certaines atteignent la Terre — à 93 millions de kilomètres — en moins d’une heure. Des rafales de particules puissantes peuvent faire des ravages dans les vaisseaux spatiaux et exposer les astronautes à des radiations dangereuses.
UVSC Pathfinder scrutera les régions les plus basses de l’atmosphère extérieure du Soleil, ou couronne, d’où les SEP sont censés provenir. Alors que le Soleil déclenche des éruptions presque quotidiennement lorsqu’il est le plus actif, il n’y a qu’environ 20 tempêtes de particules solaires perturbatrices au cours d’un cycle solaire de 11 ans. Les scientifiques ne peuvent pas prédire de manière fiable laquelle d’entre elles produira des SEP, ni leur intensité. Comprendre et éventuellement prédire ces tempêtes solaires est crucial pour permettre l’exploration spatiale future.
“C’est un pionnier parce que nous démontrons une nouvelle technologie et une nouvelle façon de prévoir ce type de météo spatiale”, a déclaré Leonard Strachan, astrophysicien au US Naval Research Laboratory à Washington, DC, et chercheur principal de la mission. “Pour le moment, il n’y a aucun moyen réel de prédire quand ces tempêtes de particules se produiront.”
Comprendre et prévoir les PES
L’UVSC Pathfinder est un coronographe, une sorte d’instrument qui bloque la face brillante du Soleil pour révéler la couronne environnante plus sombre. La plupart des coronographes ont une seule ouverture avec une série d’occulteurs qui bloquent le Soleil et réduisent la lumière parasite. La nouveauté d’UVSC Pathfinder est qu’il utilise cinq ouvertures distinctes, chacune avec son propre occulteur, augmentant considérablement le signal de la couronne.
Dans la couronne, les scientifiques s’attendent à trouver le groupe spécial de particules qui finira par devenir des particules énergétiques solaires. Pas n’importe quelle particule ordinaire dans l’atmosphère du Soleil peut être alimentée en SEP. Les scientifiques pensent plutôt que les SEP proviennent d’essaims de particules de graines résidant dans la couronne qui sont déjà environ 10 fois plus chaudes et plus énergétiques que leurs voisins. Ceux-ci pourraient provenir de sursauts d’énergie brillants, appelés éruptions, ou de régions de champs magnétiques intenses dans la couronne, appelées nappes de courant.
UVSC Pathfinder est un spectro-coronagraphe, qui est un instrument qui bloque la face brillante du Soleil pour révéler le gradateur de la couronne environnante. Il est montré ici en cours d’inspection après des tests de vide thermique au LNR. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Leonard Strachan
Il faut une activité solaire énergétique préalable pour allumer les particules de graines. De temps en temps, le Soleil libère des nuages massifs de matière solaire, appelés éjections de masse coronale. Ces explosions peuvent générer un choc devant eux, comme la vague qui culmine à l’avant d’un bateau à grande vitesse. “Si une éjection de masse coronale est suffisamment rapide” – au moins 600 miles par seconde – “elle peut produire un choc, qui peut balayer ces particules”, a expliqué Strachan. “Les particules reçoivent tellement d’énergie du choc qu’elles deviennent des SEP.”
Contrairement à la plupart des coronographes qui prennent des images en lumière visible, UVSC Pathfinder est unique car il est combiné à un spectromètre qui mesure la lumière ultraviolette, une sorte de lumière invisible à l’œil humain. En analysant la lumière dans la couronne, les chercheurs espèrent identifier quand les particules de graines sont présentes.
Les scientifiques ont régulièrement observé les SEP du point de vue proche de la Terre, à 93 millions de kilomètres de leur origine. Étant donné que les particules de graines ne sont présentes que dans la couronne, il a été impossible de les mesurer directement. UVSC Pathfinder vise à observer les particules insaisissables en télédétectant leurs signatures dans la lumière ultraviolette. “Nous en savons assez peu à leur sujet”, a déclaré Martin Laming, physicien du US Naval Research Laboratory et responsable scientifique de l’UVSC Pathfinder. « C’est vraiment une observation révolutionnaire. »
Les impacts des essaims de SEP sont graves. Quand il s’agit d’engins spatiaux, ils peuvent griller l’électronique, corrompre la programmation informatique d’un satellite, endommager les panneaux solaires et même désorienter le suiveur d’étoiles d’un vaisseau spatial, utilisé pour la navigation. L’effet est comme conduire à travers un blizzard et se perdre : les SEP remplissent la vue du star tracker, et perdant sa capacité à s’orienter, il tourne hors de l’orbite.
Les images du satellite STEREO de la NASA montrent une éjection de masse coronale suivie d’une rafale de particules énergétiques solaires. Crédit : NASA/STEREO
Pour les humains, les SEP sont dangereux car ils peuvent traverser un vaisseau spatial ou la peau d’un astronaute, où ils peuvent endommager des cellules ou ADN. Ces dommages peuvent augmenter le risque de cancer plus tard dans la vie ou, dans des cas extrêmes, provoquer un mal des rayons aigu à court terme. (Sur Terre, le champ magnétique protecteur et l’atmosphère de notre planète protègent les humains de ce mal.) série d’énormes éruptions solaires en août 1972 — entre le Apollo 16 et 17 missions – sert de rappel de la menace que représentent l’activité solaire et le rayonnement.
L’expérience UVSC Pathfinder marque une étape majeure vers la compréhension d’où viennent les SEP et comment ils évoluent lorsqu’ils voyagent à travers le système solaire. Les données aideront les scientifiques à prédire si une explosion solaire pourrait générer des SEP problématiques de la même manière que nous prévoyons des événements météorologiques violents sur Terre. Les prévisions permettraient aux opérateurs d’engins spatiaux et aux astronautes de prendre des mesures pour atténuer leurs impacts. “Si notre pensée est correcte, les particules de graines seront une signature très importante des tempêtes de rayonnement à surveiller”, a déclaré Laming.
Rejoindre la flotte héliophysique de la NASA
UVSC Pathfinder est le dernier ajout à la flotte d’observatoires héliophysiques de la NASA. Les missions d’héliophysique de la NASA étudient un vaste système interconnecté du Soleil à l’espace entourant la Terre et d’autres planètes, et jusqu’aux limites les plus éloignées du flux constant de vent solaire du Soleil. UVSC Pathfinder fournit des informations clés sur les SEP, permettant une future exploration spatiale.
Les observations de la mission viendront compléter celles de deux autres observatoires solaires. Le nouveau coronographe se rapprochera à 865 000 milles du Soleil, tandis que la sonde solaire Parker de la NASA et l’Agence spatiale européenne et l’orbiteur solaire de la NASA échantillonneront directement l’espace jusqu’à une distance de 3,8 millions de milles et 26,7 millions de milles du Soleil, respectivement. . “Nous espérons que des observations coordonnées seront utiles pour déterminer l’évolution des SEP à mesure qu’ils s’éloignent du Soleil”, a déclaré Strachan.
“Le programme scientifique de la NASA a une longue histoire d’obtention d’outils de prévision météorologique spatiale à partir des résultats de missions de recherche pures”, a déclaré Daniel Moses, technologue en chef de la division héliophysique de la NASA. « La collaboration entre la Direction de la mission scientifique de la NASA, le Laboratoire de recherche navale et le programme STP du ministère de la Défense a été particulièrement fructueuse dans ce domaine. UVSC Pathfinder poursuit cette fière tradition de collaboration en recherche fondamentale avec le potentiel de développer un nouvel outil à fort impact doté d’une capacité prédictive.
UVSC Pathfinder est une charge utile du laboratoire de recherche navale de la NASA et des États-Unis à bord du programme d’essais spatiaux Satellite-6 du ministère de la Défense (STPSat-6). Il vole aux côtés de la démonstration de relais de communication laser (LCRD) de la NASA, qui teste une capacité de communication améliorée avec le potentiel d’augmenter la bande passante 10 à 100 fois plus que les systèmes de radiofréquence – permettant aux missions spatiales d’envoyer plus de données à la maison.
UVSC Pathfinder a été conçu et construit au US Naval Research Laboratory. Il a été financé par le programme d’héliophysique de la NASA et l’Office of Naval Research. Il est géré par le bureau du programme Heliophysics Technology and Instrument Development for Science, ou H-TIDeS, au siège de la NASA. STP est exploité par le Space Systems Command de la Force spatiale des États-Unis.
