L’élément intriguant situé dans le tiers inférieur de l’image, sous le centre, a été surnommé le hérisson solaire. À l’heure actuelle, personne ne sait exactement ce qu’il est ni comment il s’est formé dans l’atmosphère du Soleil. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI Team
De puissantes éruptions, des vues à couper le souffle sur les pôles solaires et un étrange “hérisson” solaire font partie de l’incroyable lot d’images, de films et de données spectaculaires rapportés par Solar Orbiter lors de sa première approche du Soleil. Bien que l’analyse de ce nouvel ensemble de données ne fasse que commencer, il est d’ores et déjà clair que la mission dirigée par l’ESA fournit les informations les plus extraordinaires sur le comportement magnétique du Soleil et sur la façon dont il façonne la météorologie spatiale.
L’approche la plus proche du Soleil de Solar Orbiter, appelée périhélie, a eu lieu le 26 mars. Le vaisseau spatial se trouvait à l’intérieur de l’orbite de Mercure, à environ un tiers de la distance entre le Soleil et la Terre, et son bouclier thermique atteignait environ 500°C. Mais elle a dissipé cette chaleur avec son technologie innovante pour garder le vaisseau spatial sûr et fonctionnel.
Solar Orbiter transporte dix instruments scientifiques – neuf sont dirigés par les États membres de l’ESA et un par l’Agence spatiale européenne. NASA – tous travaillent en étroite collaboration afin de fournir un aperçu sans précédent du “fonctionnement” de notre étoile locale. Certains sont des instruments de télédétection qui observent le Soleil, tandis que d’autres sont des instruments in situ qui surveillent les conditions autour du vaisseau spatial, permettant ainsi aux scientifiques de faire le lien entre ce qu’ils voient se passer sur le Soleil et ce que Solar Orbiter “ressent” à des millions de kilomètres de là, dans le vent solaire.
En ce qui concerne le périhélie, il est clair que plus le vaisseau spatial se rapproche du Soleil, plus les détails que l’instrument de télédétection peut voir sont fins. Et comme par hasard, le vaisseau spatial a également absorbé plusieurs éruptions solaires et même une éjection de masse coronale dirigée vers la Terre, donnant ainsi un avant-goût en temps réel de l’activité solaire. météo spatiale Les prévisions météorologiques spatiales en temps réel, un effort qui devient de plus en plus important en raison de la menace que le temps spatial représente pour la technologie et les astronautes.
Présentation du hérisson solaire
“Les images sont vraiment à couper le souffle”, déclare David Berghmans, de l’Observatoire royal de Belgique, et chercheur principal (PI) de l’instrument EUI (Extreme Ultraviolet Imager), qui prend des images haute résolution des couches inférieures de l’atmosphère du Soleil, que l’on appelle la couronne solaire. C’est dans cette région que se produit la plus grande partie de l’activité solaire à l’origine de la météorologie spatiale.
La tâche de l’équipe de l’EUI est maintenant de comprendre ce qu’elle voit. Ce n’est pas une tâche facile car Solar Orbiter révèle une grande quantité d’activité sur le Soleil à petite échelle. Après avoir repéré une caractéristique ou un événement qu’ils ne peuvent pas reconnaître immédiatement, ils doivent alors fouiller dans les observations solaires antérieures réalisées par d’autres missions spatiales pour voir si quelque chose de similaire a déjà été vu auparavant.
“Même si Solar Obiter cessait de prendre des données demain, je serais occupé pendant des années à essayer de comprendre tout cela”, déclare David Berghmans.
L’élément intriguant situé dans le tiers inférieur de l’image, sous le centre, a été surnommé le hérisson solaire. À l’heure actuelle, personne ne sait exactement ce qu’il est ni comment il s’est formé dans l’atmosphère du Soleil. L’image a été capturée le 30 mars 2022 par l’imageur dans l’ultraviolet extrême (EUI) à une longueur d’onde de 17 nanomètres. Quelques jours auparavant, Solar Orbiter avait franchi son premier périhélie rapproché. À seulement 32 % de la distance entre la Terre et le Soleil, le vaisseau spatial se trouvait alors sur l’orbite de la planète Mercure. Les gaz représentés sur cette image ont une température d’environ un million de degrés. L’image a été codée en couleur car la longueur d’onde originale détectée par l’instrument est invisible pour l’œil humain. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI Team
Une caractéristique particulièrement attrayante a été observée pendant ce périhélie. Pour l’instant, elle a été surnommée “le hérisson”. Il s’étend sur 25 000 kilomètres (16 000 miles) à travers le Soleil et présente une multitude de pointes de gaz chauds et froids qui s’étendent dans toutes les directions.
Assemblage des points d’un événement de particules énergétiques. Crédit : ESA et NASA/Solar Orbiter/EPD, EUI, RPW et équipes STIX.
Relier les pointspoints
Le principal objectif scientifique de Solar Orbiter est d’explorer le lien entre le Soleil et l’héliosphère. L’héliosphère est la grande “bulle” d’espace qui s’étend au-delà des planètes de notre système solaire. Elle est remplie de particules chargées électriquement, dont la plupart ont été expulsées par le Soleil pour former le vent solaire. C’est le mouvement de ces particules et les champs magnétiques solaires associés qui créent la météo spatiale.
Le 21 mars, une éruption solaire s’est produite juste derrière la face visible du Soleil vue par le vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA. Néanmoins, les instruments EUI (Extreme Ultraviolet Imager) et STIX (X-ray Spectrometer/Telescope) à bord du vaisseau spatial ont tous deux enregistré l’événement alors qu’il s’élevait au-dessus de la branche du Soleil. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI & ; STIX Teams
Pour établir un graphique des effets du Soleil sur l’héliosphère, les résultats des instruments in situ, qui enregistrent les particules et les champs magnétiques qui balaient le vaisseau spatial, doivent être reliés aux événements sur ou près de la surface visible du Soleil, qui sont enregistrés par les instruments de télédétection.
Ce n’est pas une tâche facile car l’environnement magnétique autour du Soleil est très complexe, mais plus le vaisseau spatial se rapproche du Soleil, moins il est compliqué de retracer les événements de particules jusqu’au Soleil le long des “autoroutes” des lignes de champ magnétique. Le premier périhélie était un test clé à cet égard, et les résultats obtenus jusqu’à présent sont très prometteurs.
Le 21 mars, quelques jours avant le périhélie, un nuage de particules énergétiques a balayé le vaisseau spatial. Il a été détecté par le détecteur de particules énergétiques (EPD). De manière significative, les plus énergétiques d’entre elles sont arrivées en premier, suivies de celles de plus en plus faibles.
“Cela suggère que les particules ne sont pas produites à proximité du vaisseau spatial”, explique Javier Rodríguez-Pacheco, de l’Université d’Alcalá, en Espagne, et responsable de l’EPD. Elles ont plutôt été produites dans l’atmosphère solaire, plus près de la surface du Soleil. En traversant l’espace, les particules les plus rapides ont devancé les plus lentes, comme des coureurs au sprint.
L’activité solaire, comme les éruptions et les éruptions géantes connues sous le nom d’éjections de masse coronale, est alimentée par le magnétisme du Soleil. La sonde Solar Orbiter de l’ESA/NASA étudie le champ magnétique du Soleil de différentes manières, ce qui lui permet de suivre le champ depuis la surface du Soleil jusque dans l’espace. Ces images ont été prises le 17 mars 2022 par les instruments Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) et Extreme Ultraviolet Imager (EUI). Elles montrent la même région active sur le Soleil. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI & ; PHI Teams
Le même jour, l’expérience RPW (Radio and Plasma Waves) les a vus arriver, en captant le fort balayage caractéristique des fréquences radio produit lorsque des particules accélérées – principalement des électrons – se déplacent en spirale vers l’extérieur le long des lignes du champ magnétique du Soleil. RPW a ensuite détecté des oscillations connues sous le nom d’ondes de Langmuir. “Celles-ci sont le signe que les électrons énergétiques sont arrivés sur le vaisseau spatial”, explique Milan Maksimovic, du LESIA, Observatoire de Paris, France, et chercheur principal de RPW.
Parmi les instruments de télédétection, l’EUI et le spectromètre/télescope à rayons X (STIX) ont tous deux observé des événements sur le Soleil qui pourraient être à l’origine de la libération des particules. Bien que les particules qui s’écoulent dans l’espace soient celles qu’EPD et RPW ont détectées, il est important de se rappeler que d’autres particules peuvent se déplacer vers le bas à partir de l’événement, frappant les niveaux inférieurs de l’atmosphère du Soleil. C’est là que STIX entre en jeu.
Les instruments EUI (Extreme Ultraviolet Imager) et STIX (X-ray Spectrometer/Telescope) à bord de la sonde Solar Orbiter de l’ESA/NASA ont capturé une éruption solaire provenant d’une région active sur la face du Soleil le 2 mars 2022. Les images EUI montrent une lumière ultraviolette extrême d’une longueur d’onde de 17 nanomètres (174 Ångstroms) émise par des gaz atmosphériques solaires dont la température avoisine le million de degrés Celsius. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI & ; STIX Teams
Alors que EUI observe la lumière ultraviolette libérée par le site de l’éruption dans l’atmosphère du Soleil, STIX observe les rayons X produits lorsque les électrons accélérés par l’éruption interagissent avec les noyaux atomiques dans les niveaux inférieurs de l’atmosphère du Soleil.
Les équipes doivent maintenant étudier le lien exact entre toutes ces observations. La composition des particules détectées par EPD indique qu’elles ont probablement été accélérées par un choc coronal lors d’un événement plus graduel plutôt que de manière impulsive par une éruption.
“Il se pourrait qu’il y ait de multiples sites d’accélération”, explique SamuelKrucker, FHNW, Suisse, et PI pour STIX.
Le fait que l’instrument magnétométrique (MAG) n’ait rien enregistré d’important à ce moment-là ajoute un autre élément à la situation. Cependant, ce n’est pas inhabituel. L’éruption initiale de particules, connue sous le nom d’éjection de masse coronale (CME), est porteuse d’un fort champ magnétique que MAG peut facilement enregistrer, mais les particules énergétiques de l’événement voyagent beaucoup plus vite que la CME et peuvent rapidement remplir de grands volumes d’espace, et donc être détectées par Solar Orbiter. “Mais si la CME manque le vaisseau spatial, MAG ne verra pas de signature”, explique Tim Horbury, de l’Imperial College (Royaume-Uni), et chercheur principal de MAG.
En ce qui concerne le champ magnétique, tout commence à la surface visible du Soleil, appelée photosphère. C’est là que le champ magnétique généré en interne éclate dans l’espace. Pour savoir à quoi cela ressemble, Solar Orbiter transporte l’instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager). Il peut voir la polarité magnétique nord et sud de la photosphère, ainsi que les ondulations de la surface du Soleil dues aux ondes sismiques qui se propagent à l’intérieur.
“Nous fournissons les mesures du champ magnétique à la surface du Soleil. Ce champ s’étend ensuite, va dans la couronne et est à l’origine de toutes les étincelles et de l’action que vous voyez là-haut”, explique Sami Solanki, du Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Allemagne, et le chercheur principal du PHI.
Un autre instrument, l’imagerie spectrale de l’environnement coronal (SPICE), enregistre la composition de la couronne. Ces “cartes d’abondance” peuvent être comparées au contenu du vent solaire observé par l’instrument SWA (Solar Wind Analyser).
“Cela permettra de suivre l’évolution de la composition du vent solaire depuis le Soleil jusqu’au vaisseau spatial, et cela nous renseigne sur les mécanismes responsables de l’accélération du vent solaire”, explique Frédéric Auchère, PI de SPICE, Institut d’Astrophysique Spatiale, France.
Suivi de la météo spatiale. Crédit : Image du Soleil central : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI team ; images de la couronne : SOHO (ESA & NASA) ; données Solar Orbiter : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/MAG & ; équipes SWA ; données sur les vents : NASA/GSFC/Wind Aurora : J Bant Sexson IV
Prévision de la météo spatiale
En combinant les données de tous les instruments, l’équipe scientifique sera en mesure de raconter l’histoire de l’activité solaire depuis la surface du Soleil jusqu’à Solar Orbiter et au-delà. Et cette connaissance est exactement ce qui ouvrira la voie à un futur système conçu pour prévoir les conditions météorologiques spatiales sur Terre en temps réel. À l’approche du périhélie, Solar Orbiter a même eu un aperçu du fonctionnement d’un tel système.
Le vaisseau spatial volait en amont de la Terre. Cette perspective unique lui permettait de surveiller les conditions du vent solaire qui allait frapper la Terre plusieurs heures plus tard. Comme le vaisseau était en contact direct avec la Terre et que ses signaux voyageaient à la vitesse de la lumière, les données sont arrivées au sol en quelques minutes, prêtes à être analysées. Comme par hasard, plusieurs éjections de masse coronale (CME) ont été détectées à ce moment-là, certaines d’entre elles se dirigeant directement vers la Terre.
Le pôle sud du Soleil vu par le vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA le 30 mars 2022, quatre jours seulement après que le vaisseau spatial soit passé au plus près du Soleil. Ces images ont été enregistrées par l’imageur d’ultraviolets extrêmes (EUI) à une longueur d’onde de 17 nanomètres. On pense que de nombreux secrets scientifiques se cachent aux pôles solaires. Les champs magnétiques qui créent les grandes mais temporaires régions actives du Soleil sont emportés vers les pôles avant d’être engloutis dans le Soleil où ils sont censés former les graines magnétiques de la future activité solaire. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI Team
Le 10 mars, une CME a balayé le vaisseau spatial. À l’aide des données de MAG, l’équipe a pu prédire quand elle allait ensuite frapper la Terre. L’annonce de cette nouvelle sur les médias sociaux a permis aux observateurs du ciel d’être prêts pour l’aurore, qui est arrivée environ 18 heures plus tard, à l’heure prévue.
Cette expérience a donné à Solar Orbiter un avant-goût de ce que c’est que de prévoir les conditions météorologiques spatiales sur Terre en temps réel. Une telle entreprise devient de plus en plus importante en raison de la menace que représente la météo spatiale pour la technologie et les astronautes.
L’ESA planifie actuellement une mission appelée ESA Vigil qui sera stationnée d’un côté du Soleil et observera la région de l’espace menant à la Terre. Sa mission consistera àd’imager les CME qui traversent cette région, en particulier celles qui se dirigent vers notre planète. Pendant le périhélie, Solar Orbiter a été positionné de façon à ce que ses instruments Metis et SoloHI puissent fournir exactement ce type d’images et de données.
Metis prend des photos de la couronne de 1,7 à 3 rayons solaires. En supprimant le disque brillant du Soleil, il permet de voir la couronne, moins lumineuse. “Il donne les mêmes détails que les observations terrestres des éclipses totales, mais au lieu de quelques minutes, Metis peut observer en continu “, explique Marco Romoli, de l’Université de Florence, en Italie, et chercheur principal de Metis.
Cette image a été prise par l’imageur d’ultraviolets extrêmes le 27 mars 2022, et montre le Soleil à une longueur d’onde de 17 nanomètres. Il s’agit de la longueur d’onde émise par un gaz à une température d’environ un million de degrés, ce qui correspond à la température de l’atmosphère extérieure du Soleil, la couronne. Le magnétisme s’étend depuis l’intérieur du Soleil, piégeant une partie des gaz coronaux et créant des boucles lumineuses faciles à voir dans l’espace sur la branche du Soleil. Crédit : ESA & ; NASA/Solar Orbiter/EUI Team
SoloHI enregistre les images faites par la lumière solaire diffusée par les électrons du vent solaire. Une éruption particulière, le 31 mars, est entrée dans la classe X, les éruptions solaires les plus énergiques connues. Pour l’instant, les données n’ont pas été analysées car une grande partie d’entre elles sont restées sur le vaisseau spatial en attendant d’être téléchargées. Maintenant que Solar Orbiter est plus éloigné de la Terre, le taux de transfert des données a ralenti et les chercheurs doivent être patients – mais ils sont plus que prêts à commencer leur analyse lorsqu’elles arriveront.
“Nous sommes toujours intéressés par les grands événements parce qu’ils produisent les réponses les plus importantes et la physique la plus intéressante parce que vous regardez les extrêmes”, dit Robin Colaninno, U.S. Naval Research Laboratory, Washington DC, et PI de SoloHI.
A venir
Il ne fait aucun doute que les équipes chargées des instruments ont maintenant du pain sur la planche. Le périhélie a été un énorme succès et a généré une grande qualité de données extraordinaires. Et ce n’est qu’un avant-goût de ce qui est à venir. Le vaisseau spatial se déplace déjà dans l’espace afin de s’aligner pour son prochain passage au périhélie, légèrement plus proche, le 13 octobre, à 0,29 fois la distance Terre-Soleil. Avant cela, le 4 septembre, elle effectuera son troisième survol de la Terre. Vénus.
Solar Orbiter a déjà pris ses premières photos des régions polaires du Soleil, largement inexplorées, mais il reste encore beaucoup à faire.
Le 18 février 2025, Solar Orbiter rencontrera Vénus pour la quatrième fois. L’inclinaison de l’orbite de l’engin spatial passera alors à environ 17 degrés. Le cinquième survol de Vénus, le 24 décembre 2026, augmentera encore cette inclinaison à 24 degrés et marquera le début de la mission “haute latitude”.
Au cours de cette phase, Solar Orbiter observera les régions polaires du Soleil plus directement que jamais auparavant. De telles observations en ligne de mire sont essentielles pour démêler l’environnement magnétique complexe des pôles, qui peut à son tour détenir la clé du succès. secret du cycle de 11 ans du Soleil d’activité croissante et décroissante.
“Nous sommes ravis de la qualité des données recueillies lors de notre premier périhélie”, a déclaré Daniel Müller, responsable scientifique du projet Solar Orbiter à l’ESA. “Il est presque difficile de croire que ce n’est que le début de la mission. Nous allons être très occupés”.
Solar Orbiter est une mission spatiale de collaboration internationale entre l’ESA et la NASA.
Les précédents périhélies ont eu lieu le 15 juin 2020, (0,52 UA), le 10 février 2021, (0,49 UA) et le 12 septembre 2021, (0,59 UA). Le périhélie du 26 mars 2022, à 0,32 UA, est considéré comme le premier d’une série de périhélies rapprochés. Le prochain, le 13 octobre 2022, sera à 0,29 UA. Il y a 2 à 3 périhélies par an.
