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Soho : 20 ans d'observation du Soleil

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Le 2 décembre 2015, la Nasa et l'Esa ont fêté le 20e anniversaire du lancement de Soho. Ce satellite dédié exclusivement à l'étude de notre étoile et de son environnement a permis d'éclairer les physiciens sur diverses énigmes quant à sa structure interne, sa surface et sa couronne. À travers 5.000 publications liées à ces observations de quasiment deux cycles d'activité, les scientifiques ont pu construire un portrait plus complet de l'astre solaire.

Illustration de Soho superposée à une image de notre étoile prise par le satellite le 14 septembre 1999 avec l’instrument EIT (Extreme-ultraviolet Imaging Telescope). Ce jour-là, une gigantesque protubérance en forme de poignet se développait sur le limbe du Soleil. Le pic d’activité du cycle 23 allait alors débuter. © Soho, Esa, Nasa, ATG medialab

Voici 20 ans, le 2 décembre 1995, Soho (Solar and Heliospheric Observatory) quittait la Terre pour aller se poster à quelque 1,5 million de km de cette dernière afin d'espionner en continu notre étoile et son environnement. Le moins que l'on puisse dire c'est que cette mission associant la Nasa et l'Esa depuis sa conception a permis à la physique du Soleil (ou héliophysique) de faire de grands pas en avant. Ses instruments nous ont dépeint en effet un astre dynamique - ce qui tranchait avec l'habituelle image statique que les astronomes en avaient jusqu'alors - et ont permis de mieux caractériser ses entrailles, l'activité à sa surface, sans oublier l'énigmatique couronne de l'atmosphère solaire observée grâce aux coronographes de Soho, qui créent des éclipses artificielles.

En dehors d'une parenthèse de 4 mois en 1998, où la sonde a failli être perdue suite à une erreur logicielle, Soho a été le témoin privilégié et constant tout au long de ces deux dernières décennies, des pics d'activité de deux cycles solaires (cycle 23 et l'actuel cycle 24 qui semble sur le déclin). Ses observations ont fait l'objet de plus de 5.000 articles scientifiques.

Par ailleurs, on rappellera que le satellite est aussi connu pour être « le plus grand chasseur de comètes de tous les temps » (dixit la Nasa). En septembre dernier, les équipes de la mission fêtaient la 3.000e découverte. La plupart d'entre elles ont été surprises en train de plonger dans cet astre 330.000 fois plus massif que la Terre, foyer du Système solaire.

Sur cette image prise le 18 février 2003, le Soleil (Sun) masqué par un coronographe de Soho (le disque bleu sur l'image) venait d’expulser des millions de particules chargées dans le milieu interplanétaire (Coronal Mass Ejection). Au même moment, la comète NEAT (Comet NEAT), découverte en 2002, traversait le champ d’observation. C’est une des 15 images retenues par la Nasa pour un concours. Vous pouvez voter pour votre préférée ici. © Soho, Esa, Nasa

Les trois grands objectifs de la mission Soho

Depuis le lancement du satellite Soho, la connaissance du Soleil a bien progressé et l'on mesure mieux aujourd'hui les effets de son activité sur notre environnement. Surtout lorsque les fluctuations du vent solaire s'intensifient et que surviennent des éjections de masse coronale (coronal mass ejections ou CME) dans notre direction, provoquant des aurores polaires et parfois des tempêtes géomagnétiques susceptibles d'affecter nos infrastructures technologiques sur Terre et en orbite. Leurs implications étaient sous-évaluées auparavant et, avec Soho (plus de 20.000 CME ont été étudiées en 20 ans), les physiciens ont appris qu'elles sont plus fréquentes et variables tout au long d'un cycle que ce qu'ils pensaient. Les observations dans l'ultraviolet ont par ailleurs révélé des tsunamis jusque-là insoupçonnés déferlant sur la surface, concomitamment aux CME, à plusieurs millions de km par heure. « Grâce à Soho, commente Joe Gurman, membre de la mission au GSFC (Goddard Space Flight Center), le public est de plus en plus conscient que nous vivons dans l'atmosphère prolongée d'une étoile active magnétiquement ».

Trois objectifs ont présidé à la réalisation de cette mission rappelle la Nasa dans son communiqué. Le premier concerne la structure interne de notre étoile. Les chercheurs souhaitaient vérifier leur modèle quant à ce qui se passe à l'intérieur d'une naine jaune comme notre Soleil, au moyen de l'héliosismologie, et comprendre par exemple pourquoi les neutrinos solaires interceptés sur Terre sont moins nombreux que prévu par la théorie. En réalité, cela vient notamment d'un malentendu sur la nature de ces particules que l'on supposait sans masse comme l'ont montré les recherches sur la fameuse énigme de l'oscillation des neutrinos qui valut le prix Nobel 2015 à Arthur B. McDonald et Takaaki Kajita.

Image composite de presque 20 années complètes d’observation du Soleil par Soho. Sur ces clichés pris par le satellite dans l’extrême ultraviolet, on distingue les changements d’activité à la surface de l’étoile au fil du temps. Le cycle 23 s’est achevé vers 2006-2007 et nous sommes actuellement dans le maximum du cycle 24. © Soho, Esa, Nasa

Autre question qui préoccupait les physiciens en 1995 et qui est à présent mieux comprise : les accélérations du vent solaire. Loin d'être constant et égal en tout point, ce flux est plus intense dans des régions nommées trous coronaux. La couronne, justement, est la troisième énigme majeure que les scientifiques tentent de résoudre. Comment expliquer en effet qu'en s'éloignant de plusieurs dizaines de milliers de km de la surface de l'Étoile, la photosphère, où la température du Soleil est alors d'environ 5.900 °C, il fasse brutalement des centaines de fois plus chaud ? Le problème n'est pas encore résolu mais quelques pistes ont été avancées (voir « L’énigme du chauffage de la couronne solaire enfin résolue ? »). Il incombera à la future mission Solar Probe Plus, dont le lancement est programmé en 2018, de nous éclairer à ce sujet.

« Sans Soho, il n'y aurait pas les missions SDO, Stereo, Iris et Hinode, explique Alex Young, chercheur au GSFC. Soho nous a montré des choses que nous n'avions jamais vu auparavant, et nous avons alors réalisé qu'il nous fallait plus d'yeux encore sur le Soleil ». Bernhard Fleck, également membre de la mission, conclut : « Soho a modifié la vision populaire du Soleil à partir d'une image d'un objet statique et immuable dans le ciel à la bête dynamique qu'il est vraiment ».

La comète Ison détruite par le Soleil  Venue du nuage de Oort, la comète Ison est passée trop près du Soleil fin novembre 2013. Sous l'effet de l'échauffement, son noyau s'est disloqué, et c'est sous la forme d'un nuage diffus de poussières qu'elle poursuit sa route. © Nasa, Goddard Space Flight Center