Vous ne pouvez pas nager dans l'atmosphère du soleil à moins de pouvoir prouver que vous y appartenez. Et la coupe Faraday de Parker Solar Probe, un capteur clé à bord de la mission de 1,5 milliard de dollars de la NASA lancée cet été, a gagné ses galons la semaine dernière en endurant des tests dans un engin fait maison conçu pour simuler le soleil.

La tasse ramassera et examinera le vent solaire alors que la sonde passe plus près du soleil que tout autre objet artificiel précédent. Justin Kasper, Professeur agrégé de sciences et d'ingénierie du climat et de l'espace à l'Université du Michigan, est chercheur principal pour l'enquête de Parker sur les électrons éoliens solaires et les protons (SWEAP).

Afin de confirmer que la tasse survivra à la chaleur et à la lumière extrêmes de la surface du soleil, des chercheurs ont précédemment torturé un modèle de la tasse de Faraday à des températures dépassant 3, 000 degrés Fahrenheit, avec l'aimable autorisation de la lampe à arc à plasma du Laboratoire national d'Oak Ridge. La tasse, construit à partir de métaux réfractaires et d'isolants en cristal de saphir, dépassé les attentes.

Mais le test final a eu lieu la semaine dernière, dans un engin artisanal, Kasper et son équipe de recherche appellent le Solar Environment Simulator. Tout en étant soufflé avec environ 10 kilowatts de lumière à sa surface, assez pour chauffer une feuille de métal à 1, 800 degrés Fahrenheit en quelques secondes - le modèle de coupe Faraday a fait ses preuves, scannant avec succès un flux simulé de vent solaire.

"Regarder l'instrument suivre le signal du faisceau d'ions comme s'il s'agissait d'un plasma provenant du soleil était un aperçu passionnant de ce que nous verrons avec Parker Solar Probe, " a déclaré Kasper.

Les tourbillons dans l'atmosphère du soleil peuvent projeter violemment des nuages ​​de plasma dans l'espace, connu sous le nom d'éjections de masse coronale, parfois directement sur Terre. Sans mesures de précaution, de tels nuages ​​peuvent créer des oscillations géomagnétiques autour de la Terre qui peuvent déclencher l'électronique des satellites, interférer avec les communications GPS et radio et, au pire, créer des surtensions dans les réseaux électriques qui peuvent surcharger et perturber le système pendant de longues périodes, jusqu'à des mois.

En comprenant ce qui compose la couronne solaire et ce qui entraîne l'effusion constante de matière solaire du soleil, les scientifiques sur Terre seront mieux équipés pour interpréter l'activité solaire que nous voyons de loin et créer un meilleur système d'alerte précoce. C'est là que Parker Solar Probe, lancement prévu le 31 juillet 2018, entre, avec son complément d'expériences qui comprend la coupe Faraday.

Pour tester le modèle de tasse, les chercheurs devaient créer quelque chose de nouveau. Leur simulateur se trouve dans un laboratoire au premier étage du Smithsonian Astrophysical Observatory à Cambridge, Masse., et incarne l'adage selon lequel la nécessité est la mère de l'invention.

Il a l'allure d'une salle d'opération de fortune, avec un cadre en métal soutenant des bâches bleues épaisses sur trois côtés créant un espace de travail de 16x8.

A l'intérieur de la zone, recréer la chaleur et la lumière du soleil est tombé sur un quatuor de projecteurs IMAX plus anciens modifiés que l'équipe de Kasper a achetés sur eBay pour quelques milliers de dollars pièce. Ce ne sont pas les appareils numériques que l'on trouve dans les Cineplex d'aujourd'hui, mais une génération antérieure qui utilisait des bulbes.

"Il s'avère qu'une ampoule de cinéma sur un projecteur IMAX tourne à peu près au même 5, 700 degrés Kelvin—la même température effective que la surface du soleil, " Kasper a dit. " Et il dégage presque le même spectre de lumière que la surface. "

L'espace n'offre essentiellement aucune atmosphère, ce qui signifie qu'un environnement de test approprié pour la coupe Faraday aurait le moins d'air possible. Les chercheurs ont donc placé la tasse dans une chambre à vide en métal pour les tests.

Ressemblant à un poumon de fer, la chambre argentée de sept pieds de long a une trappe à une extrémité qui pivote vers l'extérieur et a une petite fenêtre ronde à l'intérieur. La veille du test, l'équipe a commencé à pomper l'atmosphère hors de la chambre à vide.

Au moment où la simulation a démarré pour les tests, la chambre a enregistré environ un milliardième de l'atmosphère terrestre.

Les quatre projecteurs IMAX sont installés sur des tables à roulettes, et pour préparer le test, les chercheurs les ont mis en place, avec leurs faisceaux pointés à travers la fenêtre du tube à vide directement vers la coupe de Faraday.

Le dernier élément du simulateur est sa capacité à générer les types de particules que la coupe de Faraday devra détecter et évaluer. Pour faire ça, l'équipe a attaché un canon à ions à la trappe du tube à vide, avec le « tonneau » de l'appareil atteignant l'intérieur et pointant vers la tasse.

"Le pistolet à ions prend une pastille de métal et la chauffe, " a déclaré Anthony Case, astrophysicien au Harvard Smithsonian Institute for Astrophysics. "Quand il fait chaud, les ions commencent à bouillir ce morceau de métal. Ensuite, vous le branchez à une batterie, accélérer les ions hors du canon. Et nous pouvons les diriger directement vers l'ouverture de la coupe de Faraday où ils seront mesurés."

Dans cette dernière épreuve, la coupe Faraday a pris la chaleur et a livré, mettant Parker Solar Probe sur la bonne voie pour son lancement estival.

Kelly Korreck, une ancienne élève de l'UM et astrophysicienne à l'institut, sert de chef des opérations scientifiques sur l'enquête SWEAP de Parker ainsi que des activités SWEAP pour le Smithsonian.

"En ce qui concerne le test d'aujourd'hui, cela a confirmé ce que je soupçonnais - quand vous prenez une incroyable équipe de scientifiques et d'ingénieurs, leur donner un complexe, difficile, projet intéressant et la motivation d'explorer une région de l'univers que l'humanité n'a jamais visitée, avant que des choses remarquables n'arrivent, " elle a dit.