Le Soleil recèle encore bien des mystères et mérite que l'on aille le regarder de plus près. Ce dessin représente la sonde Parker Solar Probe en train de l'étudier. © Nasa, Johns Hopkins APL, Steve Gribben

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La sonde Parker Solar Probe bouleverse l'énigme de la couronne solaire

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[EN VIDÉO] De superbes images du Soleil pour fêter les 5 ans du satellite SDO  Le satellite Solar Dynamics Observatory a 5 ans. Depuis 2010, il envoie régulièrement de fascinants clichés du Soleil vers notre Planète. Voici l’occasion de les découvrir en vidéo. 

Parker Solar Probe, la sonde spatiale chargée de percer les mystères du Soleil, a effectué trois des 24 passages planifiés dans des parties de l'atmosphère solaire jamais encore explorées. Le 4 décembre 2019, quatre articles dans la revue Nature décrivent ce que les scientifiques ont appris et les surprises sont au rendez-vous.

Les physiciens solaires analysant les résultats de la mission Parker Solar Probe (certains sont Français et membres du CNRS), la première mission spatiale à pénétrer littéralement dans l'atmosphère solaire lancée avec succès le 12 août 2018 à partir de Cap Canaveral, viennent de publier dans Nature leurs conclusions au sujet des premières données collectées par la sonde de la Nasa. Rappelons que les deux objectifs principaux de cette mission sont de mieux comprendre l'énigme du chauffage de la couronne solaire et de percer les secrets de la production du vent solaire pour la constitution d'une météorologie spatiale fiable.

Pour comprendre en quoi consiste l'énigme du chauffage de la couronne solaire, imaginez quelle serait votre stupéfaction si vous découvriez subitement qu'il est possible de faire bouillir de l'eau en posant une casserole sur un bloc de glace ! La température de surface du Soleil est d'environ 6.000 kelvins mais celle de la couronne - la partie principale de son atmosphère qui s'étend sur des millions de kilomètres - dépasse, elle, le million de degrés. Le fait est connu depuis plus de 70 ans et l'idée est même venue qu'il s'agissait peut-être d'une violation du second principe de la thermodynamique, lequel veut que la chaleur se propage toujours spontanément d'un corps chaud à un corps froid. C'est difficile à croire tellement ce principe est un des piliers de la physique, sauf, éventuellement, dans le nanomonde.

Une présentation de la mission Parker Solar Probe. Sur la durée prévue de la mission de la sonde elle frôlera à 24 reprises le Soleil, allant jusqu’à seulement 8,8 rayons solaires de sa surface. © euronews

Une météorologie solaire pour protéger la Terre

Il existait pourtant des solutions possibles bien moins révolutionnaires comme ont commencé à le comprendre de grands astrophysiciens comme Evry Schatzman dès les années 1940. Des ondes s'élevant de la surface du Soleil peuvent chauffer la couronne. Parmi les candidats très tôt proposés figuraient les ondes d'Alfvén, découvertes par le prix Nobel de physique suédois Hannes Alfvén en couplant les équations de Maxwell de l'électromagnétisme avec les équations de Navier-Stokes de l'hydrodynamique. Ces dernières décennies, on a annoncé à plusieurs reprises que des percées importantes avaient été accomplies pour résoudre l'énigme de la couronne mais il reste encore du travail pour être sûr que l'on comprend vraiment ce qui se passe. La prudence s'impose en effet car l'on sait que l'Univers est souvent surprenant, déjouant les théories qui semblaient trop plausibles pour ne pas être vraies.

Pour comprendre pourquoi l'établissement d'une véritable météorologie solaire, capable de prédire les occurrences des éruptions solaires et des éjections de masse coronale qui peuvent les accompagner, est important, il faut se rappeler que notre civilisation est sans cesse plus dépendante des technologies électriques et de l'information, que ce soit sous la forme des réseaux électriques et de télécommunications au sol, qu'avec les satellites en orbite. Même si en moyenne une tempête solaire ne se produit qu'une fois par an, on sait que les perturbations magnétiques engendrées pourraient être si violentes qu'elles pourraient aller jusqu'à entraîner une coupure du Web ou une collision entre avions de ligne en raison d'une erreur sur leurs signaux GPS. Les satellites sont aussi vulnérables à ce que l'on appelle des électrons tueurs. Pour limiter les conséquences des tempêtes solaires en prenant des mesures adéquates, il faudrait donc déterminer leurs amplitudes et à quel moment elles arrivent sur Terre ou au contact de voyageurs interplanétaires, par exemple des colons martiens en transit.

Les éruptions solaires et leurs dangers. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ScienceAtNasa

Même si les réseaux électriques sont mieux protégés aujourd'hui, il est bon de se rappeler que le 13 mars 1989, au Québec, une éruption solaire a provoqué l'arrêt des centrales électriques pendant neuf heures. Or on sait que le Soleil est capable de colères bien pires car en 1859 s'est produite la plus grande tempête solaire connue de l'humanité. Parfois appelée évènement de Carrington, du nom de l'astronome britannique ayant observé une spectaculaire augmentation de l'activité de la surface du Soleil, elle s'est accompagnée d'aurores polaires visibles jusque dans les Caraïbes et aux États-Unis où l'on pouvait alors lire le journal en pleine nuit à Boston.

Pour atteindre ses objectifs, la mission Parker Solar Probe devait se rapprocher de la couronne solaire pour mesurer au plus près les caractéristiques du vent solaire dont l'existence avait été prédite en 1957 par l'astrophysicien états-unien Eugene Parker, mais qui fut découverte dans l'espace interplanétaire par la mission russe Luna 1 en janvier 1959. Les instruments de Parker Solar Probe devaient mesurer les champs électriques et magnétiques locaux présents dans le plasma du vent solaire ainsi que les vitesses des particules dans ce plasma. Pour mémoire, ce plasma est constitué majoritairement de protons et d'électrons mais aussi de noyaux d'hélium, et dans une moindre mesure d'ions correspondants à bien des éléments connus sur Terre.

Au voisinage de la Terre, le vent solaire se comporte comme un flux de particules émis radialement, un peu comme l'écoulement stable et laminaire d'un fluide. Mais les astrophysiciens savaient que plus près du Soleil, les choses devaient être différentes, toute la question était de savoir dans quelles mesures. En effet, le Soleil tourne et il génère un champ magnétique dont les lignes de champ doivent entraîner les particules chargées, de sorte que le vent solaire doit exhiber lui-aussi une rotation.

Plus près de la couronne solaire, on pouvait aussi espérer surprendre des phénomènes renseignant sur les mécanismes d'accélération des particules du vent solaire et sur le chauffage de la couronne solaire. Au voisinage de la Terre, la trace de ces phénomènes devait avoir été largement effacée par le voyage depuis le Soleil.

La  mission Parker Solar Probe a mis en évidence un vent solaire beaucoup plus turbulent que prévu à sa source comme l'explique Justin Kasper. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Michigan Engineering

Un vent solaire plus chaotique et turbulent que prévu

Les chercheurs n'ont pas été déçus comme l'explique, dans un communiqué de la Nasa, Stuart Bale, de l'université de Californie à Berkeley, en charge de la suite d'instruments baptisée FIELDS de Parker Solar Probe : « La complexité était époustouflante lorsque nous avons commencé à examiner les données... Maintenant, je me suis habitué. Mais quand je les montre à mes collègues pour la première fois, ils sont tout simplement stupéfaits. ».

Les physiciens solaires ont en effet mis en évidence dans les mesures de Parker Solar Probe que localement et transitoirement (de quelques secondes à quelques minutes) les lignes de champ magnétique pouvaient se courber au point de pointer en direction du Soleil. Ils constatent aussi l'apparition de jets de matière où les vitesses des particules sont plus importantes, de sorte qu'il est clair que le vent solaire est beaucoup plus impulsif et instable que ce que nous voyons près de la Terre.

Justin Kasper, un collègue de Stuart Bale de l'université du Michigan à Ann Arbor mais qui lui dirige l'équipe en charge d'un autre instrument, Sweap, est lui aussi surpris sur les implications des données obtenues concernant la rotation du vent solaire et le comportement des ondes d'Alfvén dans celui-ci. Le chercheur explique en effet que « Ces ondes ont été vues dans le vent solaire depuis le début de l'ère spatiale, et nous avons supposé que la puissance de ces ondes se renforcerait en s'approchant du Soleil, mais nous ne nous attendions pas à les voir s'organiser en ces pics de vitesse structurés et cohérents... Cela va changer radicalement nos théories sur la façon dont la couronne et le vent solaire sont chauffés ».

Kapser mentionne une autre surprise, celle-là concerne la distance à laquelle on s'attendait à voir la rotation du vent solaire : « À notre grande surprise, alors que nous approchons du Soleil, nous avons déjà détecté des écoulements rotationnels importants - 10 à 20 fois supérieurs à ceux prédits par les modèles standard du Soleil... Il nous manque donc quelque chose de fondamental dans les théories concernant le Soleil et la façon dont le vent solaire s'échappe... Cela a d'énormes implications. Les prévisions météorologiques spatiales devront rendre compte de ces flux si nous voulons être en mesure de prédire si une éjection de masse coronale frappera la Terre ou des astronautes se dirigeant vers la Lune ou Mars. ».

Une présentation des premières découvertes de la mission Parker Solar Probe. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

L'évaporation de la poussière zodiacale

Parker Solar Probe a également fourni des informations sur la poussière zodiacale, c'est-à-dire la poussière interplanétaire que l'on trouve dans le plan de l'écliptique autour du Soleil et qui est à l'origine de la lumière zodiacale. C'était le sujet de thèse de Brian May, le guitariste légendaire du groupe Queen, thèse qu'il a terminée en 2008, ce qui fait que Brian May est docteur en astrophysique.

Cette poussière dans le Système solaire a une origine et des sources diverses. Il peut s'agir de celle laissée par sa formation ou provenant de l'espace interstellaire mais nous savons aussi que le dégazage des comètes en approche du Soleil et les collisions entre astéroïdes, dans la fameuse ceinture principale entre Mars et Jupiter, apportent des contributions très importantes.

On s'attendait à ce qu'à une distance suffisamment proche du Soleil la température soit si élevée qu'elle provoquerait la vaporisation de ces poussières, ce qui conduirait à la formation d'un disque interne qui en serait dépourvu. Or, déterminer précisément où se trouve cette limite peut renseigner sur la composition de la poussière elle-même et indiquer comment les planètes se sont formées dans le jeune Système solaire.

C'est précisément ce qu'a permis de faire Parker Solar Probe en détectant les premiers signes de l'évaporation de cette poussière, phénomène qui doit se poursuivre régulièrement en s'approchant de notre étoile, de sorte que la sonde devrait observer finalement le bord de la région où l'évaporation est complète en 2020.

La lumière zodiacale est le reflet des rayons du Soleil sur les particules microscopiques de poussière zodiacale errant entre les planètes du Système solaire dans le vestige de son disque protoplanétaire. Elle se présente comme une pâle lueur en forme d'arche comme ici observée dans le désert de l'Atacama. © ESO, Y. Beletsky
  • La sonde Parker Solar Probe a été lancée le 12 août 2018. Elle s'approchera aussi près du Soleil que lui permet la technologie.
  • En 2024, sur une orbite elliptique, elle s'approchera à moins de six millions de kilomètres de la « surface » du Soleil.
  • Avec ses quatre instruments, elle étudiera la couronne solaire où naît le vent solaire, découvert par Eugene N. Parker.
  • Son but est de mieux comprendre le Soleil et son atmosphère pour prédire les éruptions solaires et permettre de mieux s'en protéger. Nos systèmes électroniques y sont en effet sensibles.
  • Elle a montré qu'au départ de la couronne solaire, le vent solaire était plus turbulent et chaotique que prévu.
Pour en savoir plus

Parker Solar Probe : première lumière pour la sonde qui va frôler le Soleil

Article de Xavier Demeersman publié le 25/09/2018

Moins d'un mois après son lancement, Parker Solar Probe a acquis ses premières données, dont des images avec sa belle suite d'instruments. La sonde spatiale chargée de percer les mystères du Soleil poursuit sa route vers notre étoile, via Vénus.

En route vers le Soleil -- ou plutôt, tout de même, sa banlieue, à 24 millions de kilomètres, dans un premier temps, en novembre --, Parker Solar Probe vient d'ouvrir les yeux. Tous ses sens, si l'on peut dire, ont été mis en éveil par ses opérateurs afin, d'abord, de vérifier que tout fonctionne, et bien sûr de les étalonner. L'approche sera progressive. À la fin de sa mission, la sonde terminera son travail à seulement 6,1 millions de kilomètres du centre de l'astre solaire.

Toute l'équipe est soulagée. « Tous les instruments ont retourné des données, qui serviront à l'étalonnage mais aussi à donner des aperçus de ce que nous attendons d'eux près du Soleil afin de résoudre les mystères de l'atmosphère solaire, la couronne solaire » s'est réjoui l'un des chercheurs de la mission, Nour Raouafi, du JHUAPL.

Ces deux images ont été acquises par Wispr. La partie gauche par le télescope externe et la partie droite, le télescope interne. © Nasa, University of Michigan, Parker Solar Probe

Les premières mesures de Solar Probe

Ainsi le double télescope Wispr (Wide-field Imager for Solar Probe), situé derrière le bouclier thermique qui protège la sonde et ses instruments) des brûlures du Soleil, a obtenu sa première lumière début septembre. La porte qui le protégeait lors du décollage s'est bien ouverte et le pointage s'est déroulé comme prévu.

Sur cette première image (image en Une) réunissant les clichés des caméras internes et externes de Wispr, on distingue sans difficulté la bande argentée de la Voie lactée. Et à la jonction des deux images, on reconnaît Antarès, l'étoile la plus brillante du Scorpion. Quant au gros point lumineux sur l'image de droite, il s'agit de notre Jupiter. Le Soleil, lui, est hors champ. Les observations, très attendues, de la couronne solaire viendront dans quelques semaines.

Les autres ensembles d'instruments, ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun), Fields et Sweap (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) ont effectué leurs premières mesures de champs magnétique et électrique, de particules de hautes énergies, du vent solaire,etc., avec succès. Cela promet donc de belles moissons d'informations sur l'étoile autour de laquelle nous vivons.


Parker Solar Probe : tout ce qu'il faut savoir sur la sonde partie frôler le Soleil

Article de Jean-Luc Goudet publié le 19 août 2018

La sonde Parker Solar Probe est en route vers le Soleil après un lancement réussi. Elle va s'approcher de notre étoile pour en étudier la « couronne », atmosphère mal connue d'où s'échappe le vent solaire découvert par... Eugene Parker, qui a assisté au départ. Retrouvez ici nos articles consacrés à cette mission de sept ans.

Avec un peu de retard, dimanche 12 août à 3 h 31, heure locale de Floride (9 h 31, heure de Paris), la sonde Parker Solar Probe, de la Nasa, a quitté Cap Canaveral à bord d'un lanceur Delta IV en version « Heavy », avec un premier étage à trois moteurs. Dans deux mois, début octobre, elle atteindra Vénus, pour une première assistance gravitationnelle qui l'enverra sur une orbite elliptique autour du Soleil lui faisant approcher le Soleil début novembre à 24 millions de kilomètres.

Durant les sept années de la mission d'étude de la couronne solaire, il y aura six survols de Vénus et 24 rapprochements de la surface du Soleil. Au plus près (le point appelé périhélie), lors des trois derniers survols, le petit engin de 685 kg sera à 6,1 millions de kilomètres du centre de notre étoile, dont le rayon est d'environ 700.000 kilomètres.

Le 13 août 2018, un lanceur Delta IV en version puissante, reconnaissable aux trois propulseurs RS-68 à ergols liquides (hydrogène et oxygène) constituant le premier étage, emporte la sonde Parker Solar Probe, de seulement 685 kg. © Nasa

Parker Solar Probe, la sonde la plus rapide de tous les temps

Les spécialistes de la mission (voir l'article du JHUAPL) comptent d'ailleurs, plutôt qu'en kilomètres (ou, pire, en miles), en « Rs », donc en nombre de fois le rayon solaire, ou encore en UA (Unités astronomiques), sachant que la Terre est à 1 UA (environ 149 millions de kilomètres). Au périhélie, Parker Solar Probe frôlera le Soleil à 9,86 Rs, soit 0,044 UA. Au plus loin (l'aphélie), la sonde voyagera à 0,75 UA. L'orbite définitive, de 88 jours, ne sera atteinte qu'après le septième survol de Vénus. À chacun d'eux, la planète ralentira la sonde. L'engin passera à ce moment l'aphélie et cette baisse de vitesse raccourcira l'orbite, si bien que le périhélie suivant sera un peu plus rapproché du Soleil.

Le long de ces orbites fortement elliptiques, la vitesse de la sonde variera beaucoup. Parker Solar Probe accélérera quand elle s'approchera du Soleil et ralentira quand elle s'en éloignera. (Comme tout corps en orbite autour d'un autre. Merci à Johannes Kepler et Isaac Newton d'avoir, respectivement, découvert cela et en avoir donné une explication.) D'après la Nasa, la vitesse la plus élevée (par rapport au Soleil) sera de 692.000 km/h, ou 192 km/s, ce qui lui fera pulvériser le record pour un engin spatial, détenu jusqu'à présent, à égalité, par Helios I et II, avec 70,22 km/s. Réalisés conjointement par l'Agence spatiale allemande et la Nasa, elles avaient atteint une vitesse héliocentrique (par rapport au Soleil) de 252.792 km/h, soit 70,22 km/s.

L'astrophysicien Eugene N. Parker, qui a découvert le vent solaire, assiste au lancement de la sonde qui porte son nom. © Nasa

Comme Parker Solar Probe, elles étaient parties vers le Soleil et la gravité de notre étoile est donc le principal contributeur de cette vélocité. Sur Terre, il suffit de lâcher une pomme pour que sa vitesse augmente de 36 km/h à chaque seconde. De ce fait, cet exploit n'efface pas l'effort méritoire de New Horizons, petite sonde lancée vers l'extérieur du Système solaire (notons qu'actuellement, après sa visite à Pluton en 2015, elle arrive sur son second objectif, Ultima Thule, dans la ceinture de Kuiper). En 2006, elle avait quitté la banlieue terrestre à 45 km/s : dans ce cas, c'est comme si, sur Terre, on lançait très fort une pomme vers le haut.

Si près du Soleil, la température atteindra 1.400 °C et un bouclier en carbone évitera à la sonde d'être détruite. Retrouvez ci-dessous les articles que nous avons consacrés à cet engin spatial très particulier et à sa mission, remarquable elle aussi.


Parker Solar Probe, la sonde de la Nasa qui veut frôler le Soleil, décolle demain

Article de Rémy Decourt publié le 10 août 2018

Après plusieurs décennies d'attente, faute de technologies suffisamment matures pour s'approcher aussi près que possible du Soleil, une sonde va enfin décoller pour « toucher » le Soleil. Cette sonde de la Nasa, baptisée Parker Solar Probe, sera lancée samedi 11 août. Elle embarque notamment un instrument mis au point par des chercheurs du CNRS, de l'université d'Orléans et du Cnes, dont le responsable nous a détaillé les objectifs de la mission. En tout, cinq laboratoires français sont impliqués dans cette mission visant à mieux comprendre le Soleil.

C'est une mission inédite qui s'apprête à décoller à destination du Soleil. Certes, ce n'est pas la première fois qu'un satellite est lancé pour étudier notre étoile, mais c'est la première fois qu'une sonde va atteindre la couronne solaire, un des derniers endroits du Système solaire ou aucune sonde ne s'est aventurée auparavant.

Cette idée d'envoyer une mission au plus près de la couronne solaire date de plusieurs décennies. Mais, la Nasa a dû patienter car elle n'avait pas la technologie capable de protéger un engin spatial et ses instruments de la chaleur du Soleil. Les récents progrès de la science des matériaux lui ont permis de fabriquer un bouclier thermique, non seulement pour résister à la chaleur extrême du soleil, mais aussi pour rester au froid à l'arrière.

Demain donc, la sonde Parker Solar Probe sera lancée depuis la base aérienne de Cap Canaveral en Floride, à bord d'un lanceur Delta IV Heavy, le plus puissant lanceur américain en service. Elle s'envolera vers le Soleil avec une quantité d'énergie 55 fois supérieure à celle nécessaire pour atteindre Mars !

La sonde Parker Solar Probe installée dans la coiffe de son lanceur. © Nasa, Leif Heimbold

Le satellite le plus rapide jamais construit

Le Soleil sera atteint en novembre, seulement trois mois après son lancement. Pour l'atteindre aussi rapidement, la sonde battra le record de vitesse par rapport au Soleil et atteindra les 700.000 kilomètres par heure. À cette vitesse, par rapport à la Terre, Parker Solar Probe relierait Paris à Sydney en moins de deux minutes ! Le précédent record de vitesse par rapport au Soleil a été établi en 1976 par la mission Helios B avec une vitesse de 252.782 km/h.

Elle ne va évidemment pas stationner en permanence au plus près du Soleil tout au long de sa mission. La sonde effectuera vingt-cinq passages à proximité du Soleil, entrecoupés de passages près de l'orbite terrestre au cours desquels les données récoltées pourront être envoyées aux scientifiques. Ses trois derniers passages l'amenant au plus proche du Soleil, à environ seulement six millions de kilomètres de la surface solaire. Une distance à comparer au diamètre moyen du Soleil de 1.392.000 kilomètres, 109 fois plus grand que celui de la Terre.

Elle a pour objectif de tenter de résoudre l'un des plus grands mystères de la physique contemporaine : comment la température de son atmosphère peut-elle dépasser le million de degrés alors que celle de sa surface atteint seulement 6.000 °C ? Ses mesures permettront également d'étudier d'autres phénomènes, tels que la genèse des vents solaires.

Une mission américaine à forte contribution française

Cette mission de la Nasa profite de l'expertise de cinq laboratoires français, tels que le Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (LPC2E ; CNRS/Cnes/université d'Orléans) qui a développé un instrument embarqué à bord de Parker Solar Probe : son magnétomètre à induction mesurera les variations du champ magnétique dans la couronne solaire. Ces mesures seront donc cruciales pour comprendre comment elle peut être chauffée à des températures dépassant le million de degrés.

En outre, les équipes du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris-PSL/CNRS/Université Paris Diderot/Sorbonne Université) et du Laboratoire de physique des plasmas (CNRS/Observatoire de Paris-PSL/École polytechnique/Université Paris-Sud/Sorbonne Université) ont participé à la mise au point d'un récepteur radio et de deux spectromètres, fabriqués aux États-Unis. Quant à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Cnes/Université Toulouse III-Paul Sabatier), il sera impliqué dans l'exploitation des images de la caméra embarquée par la sonde. Enfin, le four solaire du laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire du CNRS a permis d'éprouver les matériaux et capteurs de Parker Solar Probe dans des conditions proches de celles auxquelles ils seront confrontés autour du Soleil.


Parker Solar Probe : une sonde de la Nasa part frôler le Soleil

Article de Rémy Decourt publié le 06/08/2018

Alors que l'ESA s'apprête à lancer Aeolus, le satellite d'observation de la Terre le plus complexe jamais construit, la Nasa va quant à elle lancer un satellite qui s'approchera du Soleil comme aucun autre engin ne l'a fait. Parker Solar Probe réalisera les premières mesures in situ du Soleil avec à la clé des réponses à des questions fondamentales sur le fonctionnement de notre étoile. Thierry Dudok de Wit, responsable d'un capteur magnétique à bord de la sonde, nous explique ses objectifs.

Toucher le Soleil sans se brûler. Tel est l'objectif de la mission Parker Solar Probe qui doit décoller le 11 août. Pour la première fois, une sonde est envoyée au contact du Soleil pour notamment comprendre « l'origine du chauffage de la couronne et du vent solaire », nous explique Thierry Dudok de Wit, à la tête d'une équipe du Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace qui a fourni un des instruments. Les quatre suites instrumentales de cette sonde (Sweap, Wispr, Fields et Isis) de la Nasa, auxquelles ont contribué plusieurs laboratoires français liés au CNRS, « fourniront en effet des informations inédites, sur le plasma solaire, cette mélasse de particules et de champs électromagnétiques qui compose la couronne, l'origine du vent solaire et le mécanisme de chauffage de la couronne ».

Quelques précisions sur les fonctions de ces quatre suites instrumentales :

  • Sweap (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) : les instruments qui le composent serviront essentiellement à déterminer la vitesse, la température et la densité du vent solaire ;
  • Wispr (Wide-fiels Imager for Solar PRobe) : placée sur le côté du satellite, cette caméra n'observera pas le Soleil directement, mais une partie de la couronne pour en étudier les variations ;
  • Fields (Fields Experiment) : un ensemble d'instruments qui fonctionneront chacun dans des plages de fréquences différentes et donneront des informations sur les champs électrique et magnétique dans le vent solaire ;
  • Isis (Integrated Science Investigation of the Sun) : cet ensemble d'instruments mesureront les particules de haute énergie - électrons, protons, ions lourds - qui sont notamment produites lors d'éruptions solaires.

Priorité scientifique et technique de la Nasa depuis de nombreuses années, ce projet est aussi considéré parmi « les plus innovants et les plus excitants par la communauté scientifique fédérée par le groupe Soleil, Héliosphère, Magnétosphère (SHM) du Cnes ». La réalisation de cette sonde s'est heurtée à de nombreuses difficultés techniques et a « nécessité un saut conceptuel très significatif ». Compte tenu des températures auxquelles sera soumise la sonde, « environ 1.600 °C », c'est évidemment une mission à « haut risque mais avec à la clé un retour scientifique important ». Au plus près du Soleil, la sonde sera à seulement six millions de kilomètres de sa surface. À cette distance du Soleil, « le rayonnement émis par l'astre est encore 500 fois supérieur à celui reçu par un vacancier sur une plage ».

Pour observer le Soleil de si près, la Nasa a dû adopter une stratégie adaptée. La sonde, d'ailleurs, ne restera pas en permanence à cette distance : « 25 survols aussi proches que possible du Soleil, jusqu'à 8,8 rayons solaires de la surface, sont prévus ». Ces survols dureront trois jours. Un durée très courte qui s'explique par l'orbite elliptique sur laquelle évoluera Parker Solar Probe mais aussi par sa vitesse.

À ce jour, le Soleil n'a jamais été étudié in situ. Solar Parker Probe ouvrira une nouvelle ère. © ESA, Nasa, EIT

Le premier satellite à pénétrer l'atmosphère extérieure de notre étoile

La sonde sera donc lancée sur une orbite elliptique autour du Soleil avec un périhélie de 0,045 unité astronomique (UA) et un aphélie à 0,73 UA. Elle utilisera par sept fois l'assistance gravitationnelle de Vénus afin d'atteindre la couronne solaire. Ces accélérations successives additionnées de la puissante force d'attraction gravitationnelle du Soleil la feront devenir « l'engin spatial le plus rapide de tous les temps ». Au plus près du Soleil, Solar Parker Probe volera à « une vitesse impressionnante de 700.000 kilomètres par heure ».

Jusqu'à présent, les connaissances sur le Soleil venaient exclusivement d'études menées à distance, notamment grâce au satellite Soho de l'ESA et la Nasa. Avec Parker Solar Probe, « nous allons pouvoir disposer de mesures in situ, c'est une première ». En s'avançant jusqu'à seulement 8,8 rayons solaires, la sonde va se trouver dans des zones où « les flux de particules tout juste émis du Soleil sont encore chauffés et accélérés pour former le vent qui ira ensuite balayer l'héliosphère ».

Cette histoire du chauffage de la couronne est une énigme qui contredit l'intuition physique qui veut, normalement, qu'en « s'éloignant la température devrait décroître. Or, elle augmente. Et pas qu'un peu » ! En effet, alors que la surface du Soleil est d'environ 6.000 °C, elle atteint « 10.000 degrés dans la chromosphère et plus d'un million de degrés dans la couronne ». Pour expliquer ce processus de chauffage coronal, on pense que « cet apport d'énergie provient notamment des fluctuations du champ magnétique et de la multitude de petites éruptions solaires invisibles de la Terre ». Mais on en reste aujourd'hui encore aux hypothèses car « les mesures du Soleil acquises depuis la Terre ou son orbite ne permettent pas de lever les ambiguïtés ». Quant au vent solaire, ce qui intrigue les scientifiques c'est pourquoi autant de matière s'échappe du Soleil « un million de tonnes de matière s'échappent du Soleil chaque seconde » et quels sont les mécanismes qui accélèrent le vent solaire. Ce dernier apparaît sous deux formes, lente, de 300 à 400 km/s, et rapide, avec une vitesse de l'ordre de 600 à 700 km/s.

Le troisième objectif concerne « l'étude des particules de haute énergie (électrons, protons, noyaux d'hélium, etc.) qui, lors d'éruptions du Soleil sont accélérées à des vitesses proches de la vitesse de la lumière ». Les mêmes mécanismes physiques agissent ailleurs dans l'univers, mais à des échelles bien plus grandes, par exemple lors de supernovae. Dans ce sens, « la couronne solaire est un magnifique laboratoire d'astrophysique ».

Enfin, en s'aventurant dans un terrain inconnu, les scientifiques s'attendent à découvrir des « phénomènes nouveaux et inattendus ». Cela s'est produit à chaque fois « qu'une sonde s'est aventurée dans une région inexplorée du Système solaire, en l'occurrence dans la proche couronne solaire ».

Une des nombreuses séances de test pour s'assurer que la sonde fonctionnera normalement au plus près du Soleil. © Nasa

Sans surprise, la sonde sera équipée d'un bouclier thermique conçu pour résister à des températures de 1.600 degrés. Ce bouclier construit sur la base des boucliers avant de la navette spatiale se dégradera progressivement jusqu'à ne plus pouvoir la protéger efficacement. Cela dit, il est « suffisamment dimensionné pour résister au mieux pendant les 25 orbites de la mission initiale (jusqu'en 2025-2026) ». Si la plupart des instruments sont protégés du rayonnement solaire par ce bouclier, cela ne les empêche pas d'être affectés par la proximité du Soleil. Ainsi, par exemple, le rayonnement ultraviolet du Soleil va arracher au bouclier des électrons qui vont « former un nuage autour de la face avant du satellite. Cela va créer une traînée et perturber les mesures ».

Quant au vent solaire, qui peut souffler jusqu'à plus de 700 kilomètres par seconde, « il ne freinera guère la sonde car il est très ténu ». Par ailleurs, il s'échappe du Soleil en spirale et « ne viendra pas de face, mais arrivera de côté, si bien que son observation ne sera pas gênée par le bouclier ».

La limitation sur la quantité de données pouvant être récoltées est le principal compromis accepté par les scientifiques pour la réalisation de la mission. Au plus près du Soleil, les panneaux solaires seront repliés pour se loger derrière le bouclier thermique. Des batteries prendront le relais pour faire fonctionner le satellite et les instruments qui, lors de leur passage enregistreront au total quelque 90 Gigabits de données. Malheureusement, une partie non négligeable de ces données sera perdue car tout ne pourra pas être téléchargé au sol. L'orbite elliptique de la sonde l'amènera en effet si loin de la Terre que le contact avec les stations au sol ne sera pas permanent.


Parker Solar Probe : la Nasa vous propose de frôler le Soleil

Article de Laurent Sacco publié le 15/03/2018

La mission Parker Solar Probe permettra à une sonde de la Nasa de pénétrer dans la couronne solaire à environ 6 millions de kilomètres de sa photosphère au cours des années 2020. Destinée à percer les secrets du Soleil pour prédire ses colères, elle emportera le nom des internautes qui l'auront bien voulu.

« To boldly go where no man has gone before ! » (Aller hardiment là où aucun Homme n'est allé auparavant !), cette phrase culte du générique de la première saison de Star Trek vient sans aucun doute à l'esprit devant la mission Parker Solar Probe que la Nasa devrait lancer cet été. À moins qu'elle n'inspire plutôt un rapprochement avec le film Sunshine de Danny Boyle. En 2057, alors que le Soleil se meurt, l'humanité tente de le faire redémarrer en envoyant une charge thermonucléaire à destination de son cœur à bord d'une mission habitée qui va conduire l'équipage à se rapprocher comme jamais de la surface du Soleil.

La bande annonce du film Sunshine de Danny Boyle. © 20th Century Fox International, Fox Searchlight Pictures, YouTube

Le but de la mission Parker Solar Probe est moins grandiose mais il reste spectaculaire car il consiste à envoyer une sonde pour qu'elle se mette sur des orbites autour du Soleil en utilisant le phénomène d'assistance gravitationnelle de Vénus pour pénétrer parfois jusqu'à seulement 6 millions de kilomètres de notre étoile aux périhélies de ses orbites et la plupart du temps à moins de 20 millions de kilomètres. L'utilisation de Vénus est nécessaire pour le succès de la mission car le champ de gravité du Soleil est si intense à ces distances que des changements d'orbites seraient trop gourmands en carburant.

Parker Solar Probe emportera votre nom dans la couronne solaire

En s'approchant aussi près du Soleil, la sonde devra pouvoir supporter des températures de l'ordre de 1.600 kelvins, ce qui sera possible grâce à un bouclier à base de carbone, une technologie similaire à celle des matériaux en fibre de carbone (Carbon Fibre Composite, en anglais, ou CFC) développée depuis longtemps pour l'aéronautique et les expériences sur la fusion contrôlée avec des tokamaks.

Parker Solar Probe sera alors en mesure d'étudier in situ la partie la plus externe de la couronne solaire et un peu au-delà, lorsque débute l'héliosphère. Ses informations devraient permettre de mieux comprendre le célèbre problème du chauffage de la couronne solaire ainsi que l'origine du vent solaire et des éruptions solaires. Les nouvelles connaissances que la mission fournira devraient donc être utiles pour la constitution d'une météorologie solaire, vitale pour préserver la technologie de l'humanité des colères du Soleil ainsi que les colons en transit interplanétaire à destination de futures colonies martiennes et lunaires.

La Nasa vient de faire savoir qu'à l'heure du village global anticipé par Arthur Clarke, tout membre de l'humanité ayant accès à une connexion Internet pouvait en quelque sorte monter à bord de Parker Solar Probe pour frôler le Soleil. L'aventure n'expose pas aux dangers affrontés par les héros de Sunshine car il s'agit seulement de faire enregistrer son nom sur une puce qui sera placée à bord de la sonde !

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Parker Solar Probe, la sonde de la Nasa qui va frôler le Soleil

Article de Futura avec l'AFP Washington, publié le 06/06/2017

La sonde Solar Probe Plus, rebaptisée Parker Solar Probe, du nom d'un astronome vivant - c'est une première - sera lancée en juillet 2018. Après plus de six ans de voyage, et en utilisant Vénus pour s'accélérer, elle s'installera sur une orbite très elliptique autour du Soleil. En 2024, elle s'en approchera à seulement 6,2 millions de kilomètres. Les enjeux scientifiques sont importants pour mieux comprendre notre étoile et ses colères.

En 2018, la Nasa lancera une sonde, initialement nommée Solar Probe Plus, qui plongera dans l'atmosphère du Soleil pour mieux comprendre sa dynamique et l'origine des vents solaires touchant la Terre et les autres planètes. Le vaisseau vient de recevoir son nom de baptême : Parker Solar Probe. Il sera le premier engin à s'approcher autant de notre étoile, à 6,2 millions de kilomètres seulement, soit sept fois plus près que la sonde Helios 2, en 1976, qui était restée à 43,4 millions de kilomètres.

« Cette mission permettra de répondre à des questions très simples comme celle de savoir pourquoi la couronne solaire est plus chaude que la surface du soleil, ce qui défie les lois de la nature », résume Nicola Fox, la responsable scientifique de la mission au Laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins, dans le Maryland. Par endroit, en effet, la couronne solaire peut atteindre deux millions de degrés, tandis que la température à la surface de notre étoile ne dépasse pas 5.800 degrés.

« Ou encore, pourquoi, dans cette partie de l'atmosphère du soleil, se forment soudainement des charges d'énergie qui échappent à l'attraction de l'étoile et vont frapper les planètes », poursuit la scientifique. Pour se protéger de températures de près de 1.400 °C, le vaisseau sera équipé d'une protection thermique faite de carbone composite épaisse de 11,4 cm, permettant de maintenir une température de 15 à 25 °C à l'intérieur.

Solar Orbiter : une sonde à proximité du Soleil conçue par Airbus DS

L’astrophysicien Eugene Parker, grand spécialiste du Soleil, honoré de son vivant par le nom de baptême de la sonde spatiale qui ira s’en approcher comme jamais. © Scott Olson, Getty Images North America, AFP

La sonde Parker Solar Probe permettra de mieux prédire les éruptions solaires

L'engin de 610 kg sera lancé par une fusée Delta IV Heavy, de la société United Launch Alliance, depuis le Centre spatial Kennedy en Floride au cours d'une fenêtre de tir de vingt jours qui s'ouvrira le 31 juillet 2018. Il faudra près de sept ans à la sonde pour arriver à destination, après avoir survolé Vénus à sept reprises pour réduire progressivement son orbite autour du soleil. Sur son orbite héliocentrique en forme d'ellipse, elle s'approchera au plus près du Soleil en 2024.

La sonde, de la taille d'une petite voiture et dotée de quatre instruments, récoltera des données sur le mécanisme thermique qui chauffe la couronne du Soleil et qui accélère le vent solaire, un flux constant de particules ionisées à plus de 500 km/s. Ces observations devraient permettre d'améliorer les prévisions des éruptions solaires qui affectent les activités terrestres comme le fonctionnement des satellites et la sécurité des astronautes dans l'espace.

Lors du survol le plus rapproché, la sonde, accélérée par la forte gravité solaire, atteindra la vitesse maximale de 194 km/s, soit 700.000 km/h (par rapport au Soleil), une vitesse suffisante pour parcourir la distance Terre-Lune en un peu plus de 30 mn. Le vaisseau sera alors le plus rapide de toute l'histoire spatiale. La sonde Helios 2, elle aussi lancée vers le Soleil sur une orbite très elliptique, avait atteint 70,22 km/s (252.792 km/h). Partie dans la direction opposée, New Horizons avait commencé son périple vers Pluton à 45 km/s (relativement au Soleil), un record aussi pour un vaisseau freiné par la gravité solaire.


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