Sciences

Structure de l'héliosphère : Stereo donne raison aux sondes Voyager

ActualitéClassé sous :Astronomie , STEREO , Voyager 1

Aux confins du système solaire, les deux sondes Voyager ont mis en évidence une déformation de l'héliosphère. Les deux sondes jumelles du Solar Terrestrial Relations Observatory, ou Stereo, viennent de le confirmer, réalisant une sorte de sondage tirant parti d'un flux d'atomes neutres enregistré par leurs capteurs.

Figure 3. Une vue d'artiste des sondes de la mission Stereo. Crédit : Cnes

Ces dernières années, les sondes Voyager qui nous en avaient déjà tant appris sur notre système solaire, ont continué à enrichir la connaissance de l'humanité en rejoignant certaines des limites de l’héliosphère. On appelle ainsi cette sorte de bulle que le vent de particules produit par le Soleil crée au sein du milieu interstellaire. Sa limite extérieure, l'héliopause, se forme là où la puissance du vent solaire n'est plus suffisante pour repousser le milieu interstellaire, constitué des vents stellaires provenant des astres proches et des nuages d'hydrogène, d'hélium et de poussières.

Au bord de l'héliosphère se trouve une limite appelée choc terminal où le flux de particules de vent solaire, qui se comporte comme un fluide, subit, à cause du milieu interstellaire, une transition brutale des vitesses supersoniques à des valeurs subsoniques. La couche entre le choc terminal (termination shock en anglais) et l'héliopause a quant à elle reçu le nom de l'héliogaine (heliosheath en anglais).

Figure 1. Cliquez pour agrandir. Un schéma montrant les différentes composantes de l'héliosphère en rose au contact du milieu interstellaire en bleu. Crédit : Nasa

La distance au Soleil de l'héliogaine est d'environ 80 à 100 unités astronomiques (UA) à son point le plus proche. Apparemment, l'héliogaine a une forme de chevelure de comète, dans la direction opposée au mouvement du Soleil dans la Galaxie (figure 1). Son épaisseur est estimée à entre 10 et 100 UA.

En effet, comme certains s'y attendaient, mais ce fut tout de même une surprise, la forme de l'héliosphère n'est pas sphérique. Les sondes Voyager 1 et Voyager 2, après avoir traversé la zone du choc terminal, ont montré que l'héliopause se trouvait à différentes distances du Soleil (figure 2). Il semble que cette forme soit due aux lignes de champs magnétiques de la Voie Lactée qui sculptent le plasma de l'héliosphère, et probablement aussi au déplacement du Soleil dans la Galaxie.

Figure 2. Schéma montrant la structure de l'héliosphère, les positions des sondes Voyager et Stereo. Crédit : University of California, Berkeley; L. Wang

De façon inattendue, les deux sondes Stereo, lancées en 2006 pour obtenir des images stéréo de la surface du Soleil et pour mesurer les champs magnétiques et les flux d'ions associés à des explosions solaires, ont détecté de juin à octobre 2007 un flux d'atomes neutres énergétiques originaires de l'héliogaine. Cela a permis de donner du poids à certaines théories avancées pour expliquer des observations surprenantes faites par les sondes Voyager.

En effet, la température du plasma dans l'héliogaine était beaucoup plus froide que ce que l'on pensait car l'énergie dissipée par les particules du vent solaire ralentissant brutalement au niveau de la zone du choc terminal aurait dû la chauffer fortement. Où était donc passée l'énergie manquante ?

Une explication avancée est que les ions énergétiques manquants de l'héliogaine deviendraient neutres en échangeant leur charge avec les atomes neutres froids du milieu interstellaire. N'étant plus soumis aux champs magnétiques, ils reflueraient en direction du Soleil. Les énergies des atomes neutres détectés par les capteurs de Stereo semblent bel est bien permettre de rendre compte précisément du déficit détecté par les sondes Voyager. Un phénomène analogue est connu dans le système solaire au niveau des magnétosphères de Jupiter et de la Terre.

Un bilan sur ces questions liées à la structure de l'héliosphère découverte par les sondes Voyager vient d'être réalisé dans plusieurs articles publiés dans le numéro du 3 juillet de Nature.