Une image de l’atmosphère extérieure du Soleil, la couronne, prise avec l’instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI) à bord de Solar Orbiter. Cette image particulière a été prise par l’imageur haute résolution de l’EUI travaillant à la longueur d’onde ultraviolette extrême 17,4 nm (HRIEUV). Prise le 23 février 2021, cette image montre 384 × 384 mille kilomètres de la surface solaire. A titre de comparaison, le diamètre de la Terre est de 12,7 mille kilomètres. Le 23 février 2021, l’activité du Soleil était calme, mais HRIEUV capturait toujours une activité à réaction relativement petite sur le Soleil. Cette activité dynamique est associée aux feux de camp, qui sont des éruptions solaires miniatures que les scientifiques ont découvertes sur le Soleil avec l’instrument EUI peu après le lancement de Solar Orbiter. Solar Orbiter/Equipe EUI/ESA & NASA
Pour une mission qui n’est pas encore entrée dans sa phase scientifique principale, Solar Orbiter a déjà généré beaucoup de grande science. Aujourd’hui voit la publication d’une multitude de résultats de la phase de croisière de la mission.
Les observations médico-légales de la surface solaire, les mesures d’une explosion géante de particules énergétiques et la rencontre avec la queue d’une comète ne sont que quelques-uns des points saillants des plus de cinquante articles composant un numéro spécial de Astronomie et astrophysique et présenté le 14 décembre 2021 lors de la réunion annuelle de l’AGU.
“Les résultats publiés aujourd’hui démontrent la variété de la science solaire rendue possible par la mission et signalent la richesse des données qui reviennent maintenant sur Terre”, a déclaré Yannis Zouganelis, scientifique adjoint du projet de l’ESA pour Solar Orbiter.
La phase de croisière de Solar Orbiter a commencé le 15 juin 2020 et a duré jusqu’au 27 novembre 2021. Pendant ce temps, le vaisseau spatial a acquis des données scientifiques avec ses instruments in situ, conçus pour mesurer l’environnement autour du vaisseau spatial. Elle a également utilisé son équipement de télédétection pour observer le Soleil afin de caractériser et calibrer ces instruments. Certaines de ces données se sont avérées d’une telle qualité qu’elles ont permis d’entreprendre les premières études scientifiques en amont de la phase scientifique principale, qui a débuté fin novembre 2021.
Voir les feux de camp solaires plus en détail
Lorsque le vaisseau spatial a ouvert les yeux pour la première fois, après son lancement en février 2020, son Extreme Ultraviolet Imager (EUI) a découvert une série d’éruptions solaires miniatures que les scientifiques ont surnommées « feux de camp ». Ceux-ci pourraient jouer un rôle clé dans l’explication de la température d’un million de degrés de l’atmosphère extérieure du Soleil, la couronne, qui a défié toute explication pendant de nombreuses décennies.
Dans les derniers résultats, l’instrument EUI a acquis certaines observations en mode « haute cadence », renvoyant une image de la couronne solaire toutes les deux secondes. Ces séquences d’images sont parmi les observations de cadences les plus élevées de la couronne solaire jamais enregistrées dans l’extrême ultraviolet. Les données révèlent une classe dynamique de feux de camp qui projettent des jets de gaz électrifiés appelés plasma à des vitesses de cent kilomètres par seconde. On observe que ces jets existent pendant seulement 10 à 20 secondes.
« Nous arrivons maintenant à l’essence de ce processus », déclare Pradeep Chitta, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Allemagne, qui a dirigé cette étude. Il compare le passé à avoir une mauvaise vue et à ne voir que des images floues. Maintenant, cependant, EUI met les feux de camp en évidence de plus en plus nette.
Et la vue ne fera que s’améliorer à mesure que Solar Orbiter se rapprochera du Soleil. Et grâce à une mise à niveau des stations au sol de l’ESA, le vaisseau spatial peut renvoyer plus de données à cadence élevée que prévu avant le lancement.
L’orbiteur solaire de l’ESA Sun-explorer. Crédit : ESA/Medialab
Le premier événement de particules énergétiques à grande échelle de Solar Orbiter
En plus des feux de camp « à petite échelle », Solar Orbiter a également été témoin de son premier événement à grande échelle. Le 29 novembre 2020, le premier événement de particules énergétiques généralisé depuis plusieurs années a éclaté du Soleil.
Le Soleil traverse un cycle d’activité magnétique qui dure environ 11 ans, et cet événement particulier a été le premier événement de particules énergétiques généralisé du cycle 25. Comme son nom l’indique, l’événement a propagé les particules sur une grande partie du système solaire interne. Au moment où l’éruption a atteint la distance de la Terre, les particules éjectées étaient réparties sur plus de 230 degrés de longitude solaire.
Ils ont été détectés non seulement par Solar Orbiter, mais aussi par Nasa‘s Parker Solar Probe et STEREO-A, et l’ESA/NASA SOHO engins spatiaux, tous proches de l’orbite terrestre mais à des longitudes solaires variables. Ainsi, la question est de savoir quelle était la taille de la région source de l’événement sur le Soleil et de combien l’éruption s’est-elle étendue après son déclenchement ? C’est là que l’objectif de « science des liaisons » de Solar Orbiter devient important.
«Je viens des observations in-situ», déclare Alexander Kolhoff, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Allemagne, qui a dirigé l’analyse de l’événement de novembre. “Nous voyons un événement de particules autour du vaisseau spatial, puis nous passons aux observations de télédétection et essayons de localiser la source sur le Soleil.”
Dans ce cas particulier, les données ne permettent pas de savoir si la taille de la région source à elle seule était suffisamment grande pour expliquer ou non la large diffusion des particules. Mais les indices contenus dans les données sont suffisants pour être très prometteurs alors que les scientifiques continuent d’affiner cette technique.
Traquer les CME furtifs solaires
Jennifer O’Kane, du Mullard Space Science Laboratory, University College London, Royaume-Uni a également effectué des observations minutieusement détaillées de la surface solaire. Avec des collègues, elle est partie à la recherche de soi-disant CME furtifs.
CME signifie éjection de masse coronale. Ce sont les éruptions géantes de plasma solaire et de champ magnétique qui se produisent généralement aux côtés des éruptions solaires – un événement magnétique explosif dans la basse atmosphère du Soleil qui éjecte les particules dans l’espace. Dans le cas d’un CME furtif, cependant, il ne semble pas y avoir de fusée associée.
À l’aide des outils de traitement d’images les plus sophistiqués disponibles, Jennifer a examiné les images solaires pour voir si elle pouvait trouver des preuves d’un événement déclencheur qui a lancé un CME en avril 2020.
La force de son champ magnétique, telle que mesurée par Solar Orbiter, était également particulièrement élevée, environ le double de celle d’un CME normal, mais le casse-tête était que la surface visible du Soleil était complètement vide à ce moment-là. Il n’y avait pas de taches solaires ou d’autres régions actives. Ce n’est que la force élevée du champ magnétique du plasma qui a englouti Solar Orbiter qui a alerté l’équipe du CME en premier lieu.
Après une recherche minutieuse des données, Jennifer a trouvé une région sombre dans les images ultraviolettes extrêmes qui indiquaient une cavité de faible densité dans la couronne solaire, qui s’est élevée très lentement du Soleil.
Lent dans ce contexte est un autre terme relatif. Alors que la plupart des CME se déplacent à des centaines voire des milliers de kilomètres par seconde, celui-ci se déplaçait vers l’extérieur à des dizaines de kilomètres par seconde.
« Ce fut l’événement le plus difficile que j’aie jamais étudié », dit Jennifer, faisant référence aux efforts qu’il a fallu pour trouver ne serait-ce qu’un soupçon de son origine.
Du point de vue des prévisions météorologiques spatiales, les CME furtives sont un défi particulier car les prévisionnistes s’appuient sur le fait de voir quelque chose sur le Soleil qu’ils peuvent reconnaître en temps réel afin de savoir que quelque chose arrive qui pourrait changer l’environnement spatial proche de la Terre.
La mission Solar Orbiter de l’ESA fera face au Soleil depuis l’orbite de Mercure à son approche la plus proche. Crédit : ESA/ATG medialab
Rendez-vous avec une queue de comète
Lorenzo Matteini, collège impérial de Londres, au Royaume-Uni, a mené une autre enquête minutieuse pour déterminer si Solar Orbiter a croisé la queue de la comète ATLAS en juin 2020.
Le croisement possible a été prédit peu de temps après le lancement de Solar Orbiter et l’équipe s’est donc efforcée de s’assurer qu’au moins certains instruments étaient prêts à temps pour acquérir des données. Par un coup du sort assez cruel, cependant, à peine dix jours avant la traversée, la comète s’est désintégrée sous la chaleur du Soleil et la belle queue s’est fanée.
Néanmoins, Lorenzo et ses collègues ont trouvé des preuves compatibles avec un passage du reste de la queue de la comète dans les données prises le 4 juin. Plus précisément, ils ont vu le champ magnétique autour de Solar Orbiter changer soudainement de polarité, ce à quoi on s’attendrait si le champ magnétique du Soleil était drapé autour d’un morceau du noyau brisé de la comète.
« C’est la première fois que nous rencontrons une queue de comète à l’intérieur de l’orbite terrestre », explique Lorenzo.
Et ce n’est peut-être pas la dernière. Les comètes tombent tout le temps vers le Soleil. La façon dont ils interagissent avec le champ magnétique du Soleil fournit à Solar Orbiter un autre moyen d’étudier cette région fascinante du système solaire.
Après son survol de la Terre en novembre 2021, Solar Orbiter est maintenant dans sa phase scientifique principale. Toutes les personnes impliquées se préparent pour son passage rapproché du Soleil en mars 2022.
« Je ne pourrais pas être plus satisfait de la mission. Ces résultats montrent à la fois à quel point la science a déjà été accomplie et à quel point il reste encore à faire », déclare Daniel Müller, scientifique du projet ESA pour Solar Orbiter.
Remarques
Les résultats de la phase de croisière de Solar Orbiter sont publiés dans l’édition spéciale du 14 décembre de Astronomie et astrophysique.
Les articles mis en évidence dans ce reportage, publié avec 52 autres articles de Solar Orbiter sont :
Capture des flux et des jets de plasma transitoires dans la couronne solaire par LP Chitta et al.
Le premier événement généralisé de particules énergétiques solaires observé par Solar Orbiter le 29 novembre 2020 par A. Kollhoff et al.
Origines solaires d’un puissant CME furtif détecté par Solar Orbiter par Jennifer O’Kane et al.
Rencontre de Solar Orbiter avec la queue de la comète C/2019 Y4 (ATLAS) : drapage de champ magnétique et ondes ioniques de captage cométaire par L. Matteini et al.
