Solar Orbiter publie une multitude de résultats scientifiques acquis lors sa phase de croisière

Bien que la mission ne soit pas pas encore entrée dans sa phase scientifique principale, Solar Orbiter a déjà généré un grand nombre de données scientifiques. Aujourd’hui, nous publions une multitude de résultats issus de la phase de croisière de la mission, à l’acquisition desquels ont contribué des chercheurs de l’IRAP (CNRS, Université Paul Sabatier de Toulouse et CNES).

Des observations scientifiques de la surface solaire, des mesures d’une explosion géante de particules énergétiques et une rencontre avec la queue d’une comète constituent quelques-uns des points marquants des plus de cinquante articles qui composent un numéro spécial de la revue Astronomy and Astrophysics et qui sont présentés ce 14 décembre lors de la réunion annuelle de l’AGU.

« Les résultats publiés ce jour démontrent la variété de la science solaire que la mission rend possible, et soulignent la richesse des données qui nous parviennent maintenant sur Terre », déclare Yannis Zouganelis, scientifique adjoint de l’ESA pour le projet Solar Orbiter.

Zoom sur les jets solaires

La phase de croisière de Solar Orbiter a débuté le 15 juin 2020 pour s’achever le 27 novembre 2021. Durant cette période, la sonde spatiale a acquis des données scientifiques au moyen des instruments qu’elle embarque, conçus pour analyser l’environnement qu’elle traverse. Elle a également utilisé ses outils de télédétection pour observer le Soleil afin de caractériser et d’étalonner ces instruments. Certaines de ces données se sont avérées être de si bonne qualité qu’elles ont permis d’entreprendre les premières études scientifiques avant la phase scientifique principale, qui a débuté fin novembre 2021.

Observer plus en détail les feux de camp solaires

Lorsque la sonde a ouvert les yeux pour la première fois, après son lancement en février 2020, son imageur dans l’ultraviolet extrême (EUI) a découvert une série d’éruptions solaires miniatures que les scientifiques ont baptisées « feux de camp ». Celles-ci pourraient jouer un rôle clé dans l’explication de la température d’un million de degrés de l’atmosphère externe du Soleil, la couronne, dont l’origine a défié toute explication pendant plusieurs décennies.

La couronne solaire en détail

L’instrument EUI a récemment acquis certaines observations en mode « haute cadence », renvoyant une image de la couronne solaire toutes les deux secondes. Ces séquences d’images font partie des observations de la couronne solaire à la plus haute cadence jamais enregistrée dans l’ultraviolet extrême. 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 n’existent que pendant 10 à 20 secondes.

« Nous arrivons maintenant à comprendre l’essence de ce processus », déclare Pradeep Chitta, du Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Allemagne, qui a dirigé cette étude. Dans le passé, notre faible acuité visuelle ne permettait de voir que des images floues. Aujourd’hui, cependant, l’EUI fait apparaître les feux de camp de manière de plus en plus nette. Et notre perception ne fera que s’améliorer à mesure que Solar Orbiter se rapprochera du Soleil. Et grâce à une mise à niveau des stations terrestres de l’ESA, le vaisseau spatial peut renvoyer davantage de données à une cadence supérieure à celle prévue avant le lancement.

Le premier événement de particules énergétiques généralisé observé par Solar Orbiter

Outre les 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 généralisé de particules énergétiques depuis plusieurs années s’est produit dans le Soleil.

Le Soleil passe par un cycle d’activité magnétique qui dure environ 11 ans, et cet événement particulier était le premier événement de particules énergétiques généralisé du cycle 25. Comme son nom l’indique, cet événement a dispersé des particules dans une grande partie du système solaire interne. Lorsque l’éruption a atteint l’orbite de la Terre, les particules éjectées étaient réparties sur plus de 230 degrés de longitude solaire.

Elles ont été détectées non seulement par Solar Orbiter, mais aussi par les sondes Parker Solar Probe et STEREO-A de la NASA, ainsi que par la sonde SOHO de l’ESA/NASA, qui étaient toutes proches de l’orbite de la Terre mais à des longitudes solaires différentes. La question est donc de savoir quelle était la taille de la région source de l’événement sur le Soleil, et dans quelle mesure l’éruption s’est étendue après avoir été libérée. C’est là que l’objectif de Solar Orbiter, la « science des liens », devient important.

Jet de particules solaires observé par SOHO

« Je pars des observations in-situ », explique Alexander Kolhoff, de l’Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, en Allemagne, qui a dirigé l’analyse de l’événement de novembre. « Nous voyons un événement de particules autour du vaisseau spatial et nous passons ensuite aux observations de télédétection pour essayer 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 était à elle seule suffisamment importante pour expliquer la large diffusion des particules ou non. Mais les indices contenus dans les données sont suffisants pour que les scientifiques continuent à affiner cette technique.

Traquer les CMEs solaires furtifs

Jennifer O’Kane, du Mullard Space Science Laboratory de l’University College London (Royaume-Uni), a également effectué des observations minutieusement détaillées de la surface solaire. Avec ses collègues, elle est partie à la recherche de ce qu’on appelle les CME furtifs.

CME signifie éjection de masse coronale. Il s’agit d’éruptions géantes de plasma solaire et de champ magnétique qui accompagnent généralement les éruptions solaires – un événement magnétique explosif dans la basse atmosphère du Soleil qui éjecte les particules dans l’espace. Dans le cas d’une CME furtive, cependant, il ne semble pas y avoir d’éruption 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 d’une CME en avril 2020.

Le magnétisme solaire

L’intensité de son champ magnétique, mesurée par Solar Orbiter, était également particulièrement importante, environ le double de celle d’une CME normale, mais l’énigme était que la surface visible du Soleil était complètement vierge à ce moment-là, dépouvue de taches solaires ou d’autres régions actives. Ce n’est que l’intensité élevée du champ magnétique du plasma qui a englouti Solar Orbiter qui a alerté l’équipe de la présence de la CME.

Après une recherche minutieuse au sein des données, Jennifer a trouvé une région sombre dans les images de l’ultraviolet extrême qui indiquait une cavité de faible densité dans la couronne solaire, qui s’est soulevée très lentement du Soleil.

Dans ce contexte, la lenteur est un autre terme relatif. Alors que la plupart des CME se déplacent à des centaines, voire des milliers de kilomètres par seconde, celle-ci se déplaçait vers l’extérieur à des dizaines de kilomètres par seconde.

« C’est l’événement le plus difficile que j’aie jamais étudié », déclare Jennifer, faisant référence aux efforts qu’il a fallu déployer pour trouver ne serait-ce qu’un indice de son origine.

Du point de vue des prévisions météorologiques spatiales, les CME furtives constituent un défi particulier, car les prévisionnistes comptent sur l’observation d’un phénomène sur le Soleil qu’ils peuvent reconnaître en temps réel pour savoir que quelque chose est en train d’arriver et pourrait modifier l’environnement spatial proche de la Terre.

Rendez-vous avec la queue d’une comète

Lorenzo Matteini, de l’Imperial College London (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 empressée de s’assurer qu’au moins certains instruments étaient prêts à temps pour acquérir des données. Par un coup du sort plutôt cruel, cependant, juste dix jours avant le croisement, la comète s’est désintégrée sous la chaleur du Soleil et la belle queue s’est estompée.

Néanmoins, Lorenzo et ses collègues ont trouvé des preuves compatibles avec un croisement 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 qui serait attendu si le champ magnétique du Soleil était drapé autour d’un morceau du noyau de la comète brisée.

« C’est la première fois que nous rencontrons une queue de comète à l’intérieur de l’orbite terrestre », déclare Lorenzo.

Et ce n’est peut-être pas la dernière. Les comètes tombent en permanence en direction du Soleil. La façon dont elles interagissent avec le champ magnétique du Soleil offre 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 parties concernées se préparent à son passage à proximité du Soleil en mars 2022.

« Je ne pourrais pas être plus satisfait de cette mission. Ces résultats montrent à la fois l’ampleur des travaux scientifiques déjà réalisés et l’ampleur de ce qui reste à faire », a déclaré Daniel Müller, responsable scientifique du projet Solar Orbiter à l’ESA.

Ressources complémentaires

Contacts IRAP

  • Philippe Louarn, philippe.louarn@irap.omp.eu
  • Andrei Fedorov, andrei.fedorov@irap.omp.eu

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