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


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 dechamps 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 ». Il faut savoir que 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 : « 25survols 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.

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 matières'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 ».

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 saphotosphère 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 Trekvient 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 gravitationnellede Vénus pour pénétrer parfois jusqu'à seulement 6 millions de kilomètres de notre étoileaux 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.


Une présentation 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

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 météorologiesolaire, 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 Internetpouvait 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 !

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.

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.

ASTRONOMIE , #SOLAR #PROBE #PLUS , #PARKER #SOLAR #PROBE

Crédit : Futura Sciences

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