Des semaines après que Parker Solar Probe a fait l'approche la plus proche d'une étoile, les données scientifiques de la première rencontre solaire sont en train d'arriver entre les mains des scientifiques de la mission. C'est un moment que beaucoup sur le terrain attendaient depuis des années, en pensant à ce qu'ils vont faire avec des données aussi inédites, qui a le potentiel d'apporter un nouvel éclairage sur la physique de notre étoile, le soleil.

Le 12 décembre, 2018, quatre de ces chercheurs se sont réunis à la réunion d'automne de l'American Geophysical Union à Washington, D.C., partager ce qu'ils espèrent apprendre de Parker Solar Probe.

"Les héliophysiciens attendent depuis plus de 60 ans qu'une mission comme celle-ci soit possible, " dit Nicola Fox, directeur de la division d'héliophysique au siège de la NASA à Washington. L'héliophysique est l'étude du Soleil et de ses effets sur l'espace proche de la Terre, autour d'autres mondes et dans tout le système solaire. "Les mystères solaires que nous voulons résoudre attendent dans la couronne."

Du 31 oct. au 11 nov. 2018, Parker Solar Probe a terminé sa première phase de rencontre solaire, traversant l'atmosphère extérieure du Soleil (la couronne) et collectant des données sans précédent avec quatre suites d'instruments de pointe.

Parker Solar Probe est nommé pour Eugene Parker, le physicien qui a le premier théorisé l'existence du vent solaire - l'effusion constante de matière du Soleil - en 1958.

"C'est la première mission de la NASA à porter le nom d'un individu vivant, " a déclaré Fox. " L'article révolutionnaire de Gene Parker a prédit le réchauffement et l'expansion de la couronne et du vent solaire. Maintenant, avec Parker Solar Probe, nous sommes en mesure de vraiment comprendre ce qui pousse ce flux constant vers le bord de l'héliosphère."

L'influence de notre Soleil est considérable. Le vent solaire, sa sortie de matière, remplit la partie interne de notre système solaire, créant une bulle qui enveloppe les planètes et s'étend bien au-delà de l'orbite de Neptune. Intégré dans ses particules énergisées et sa matière solaire, le vent solaire entraîne avec lui le champ magnétique du Soleil. Des éruptions ponctuelles supplémentaires de matière solaire appelées éjections de masse coronale transportent également ce champ magnétique solaire - et dans les deux cas, ce matériau magnétisé peut interagir avec le champ magnétique naturel de la Terre et provoquer des orages géomagnétiques. De telles tempêtes peuvent déclencher des aurores ou même des coupures de courant, et d'autres types d'activité solaire peuvent causer des problèmes de communication, perturber l'électronique des satellites et même mettre en danger les astronautes, en particulier au-delà de la bulle protectrice du champ magnétique terrestre.

D'autres mondes de notre système solaire expérimentent leurs propres versions de ces effets, et bien au-delà des planètes, la matière du Soleil bute contre le milieu interstellaire, qui remplit l'espace entre les étoiles. L'interaction dans cette région joue un rôle dans la fréquence à laquelle les rayons cosmiques galactiques de haute énergie pénètrent dans notre système solaire. Tous ces effets résultent de systèmes compliqués, mais ils commencent tous au Soleil, il est donc essentiel de comprendre la physique fondamentale qui régit l'activité de notre étoile.

Parker Solar Probe est conçu pour répondre à trois questions majeures sur la physique du Soleil. Premièrement :comment est l'atmosphère extérieure du Soleil, la couronne, chauffé à des températures environ 300 fois plus élevées que la surface visible ci-dessous? Deuxièmement, comment le vent solaire est-il accéléré si rapidement aux vitesses élevées que nous observons ? Et enfin, Comment certaines des particules les plus énergétiques du Soleil s'éloignent-elles du Soleil à plus de la moitié de la vitesse de la lumière ?

"Parker Solar Probe nous fournit les mesures indispensables à la compréhension des phénomènes solaires qui nous intriguent depuis des décennies, " a déclaré Nour Raouafi, Scientifique du projet Parker Solar Probe au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins à Laurel, Maryland. "Pour fermer le lien, un échantillonnage local de la couronne solaire et du jeune vent solaire est nécessaire et c'est exactement ce que fait Parker Solar Probe."

Les instruments de Parker sont conçus pour examiner ces phénomènes en question d'une manière qui n'était pas possible auparavant, donnant aux scientifiques l'opportunité de faire de nouveaux progrès dans l'étude de l'atmosphère solaire.

Par exemple, Les imageurs de Parker Solar Probe, dans la suite WISPR, aura un nouveau regard sur le jeune éolien solaire, capturer une vue de la façon dont il évolue lorsque Parker Solar Probe se déplace à travers la couronne solaire.

La suite ISʘIS du vaisseau spatial aidera les scientifiques à approfondir les causes de l'accélération énergétique des particules. À l'heure actuelle, les théories divergent sur la façon dont les particules énergétiques solaires sont accélérées dans les structures à ondes de choc minces généralement entraînées par des éjections de masse coronale rapides, mais les mesures de particules énergétiques recueillies lorsque le vaisseau spatial traverse de telles ondes aideront à faire la lumière sur ce problème.

Les antennes à champ électrique de la suite d'instruments FIELDS du vaisseau spatial peuvent capter des sursauts radio qui pourraient faire la lumière sur les causes du réchauffement coronal.

L'instrument Solar Probe Cup, qui s'étend au-delà du bouclier thermique du vaisseau spatial et est exposé à l'environnement solaire complet, mesure les propriétés thermiques de différentes espèces d'ions dans le vent solaire. Couplé aux données de la suite FIELDS, ces mesures pourraient aider à révéler comment le vent solaire est chauffé et accéléré.

L'équipe scientifique s'attend également à être surprise par une partie de ce qu'elle apprend.

"Nous ne savons pas à quoi nous attendre si près du Soleil jusqu'à ce que nous obtenions les données, et nous verrons probablement de nouveaux phénomènes, ", a déclaré Raouafi. "Parker est une mission d'exploration, le potentiel de nouvelles découvertes est énorme."

Les rapports de Parker Solar Probe indiquent que de bonnes données scientifiques ont été collectées lors de la première rencontre solaire, et les données elles-mêmes ont commencé à descendre vers la Terre le 7 décembre. En raison des positions relatives de Parker Solar Probe, le Soleil et la Terre et leurs effets sur la transmission radio, certaines des données scientifiques de cette rencontre ne seront pas en liaison descendante avant la deuxième rencontre solaire de la mission en avril 2019.

L'équipe de la mission a eu la chance d'effectuer des tests d'instruments dans le monde réel lors du survol de Vénus de Parker Solar Probe en septembre 2018. Parker Solar Probe a effectué un passage rapproché de la planète tout en effectuant une assistance gravitationnelle pour rapprocher son orbite du Soleil. Bien qu'il ne soit pas prévu d'étudier l'environnement autour de Vénus, Les instruments de Parker ont enregistré avec succès des données, donnant aux scientifiques un premier aperçu de ce dont leurs instruments sont capables dans l'environnement hostile de l'espace.

En tant que plus récent ajout à la flotte de missions héliophysiques de la NASA, Parker Solar Probe travaille aux côtés de satellites de recherche solaires et héliosphériques prolifiques comme le Solar Dynamics Observatory de la NASA, l'Observatoire des relations solaires et terrestres et l'Explorateur de composition avancé. Pendant des années ou des décennies, dans certains cas, ces observatoires ont scruté le Soleil et sa matière sortante, changer la façon dont nous voyons notre étoile. Mais ils sont limités par l'endroit où ils vivent.

Même si Parker découvre de nouvelles informations, les scientifiques travaillant avec ses données s'appuieront sur le reste de la flotte héliophysique de la NASA pour mettre ces détails en contexte.

"Parker Solar Probe va dans une région que nous n'avons jamais visitée auparavant, " dit Terry Kucera, un physicien solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Pendant ce temps, d'une certaine distance, nous pouvons observer la couronne solaire, qui est à l'origine de l'environnement complexe autour de Parker Solar Probe. »

Les perspectives distinctes de ces observatoires devraient être une aubaine pour contextualiser les observations de Parker. Alors que SDO est en orbite terrestre géosynchrone, STEREO tourne autour du Soleil à un peu moins de 1 UA - une unité astronomique est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil - ce qui le rend juste un peu plus rapide que la Terre. Cela signifie que STEREO observe généralement le Soleil sous un angle différent de celui que nous faisons ici sur Terre. En plus des mesures de Parker proches du Soleil et souvent sous un angle différent de celui de n'importe lequel de nos autres satellites, cela donnera aux scientifiques une image plus complète de la façon dont les événements solaires changent et se développent à mesure qu'ils se propagent dans le système solaire.

"La mission STEREO consiste à observer l'héliosphère à partir de différents endroits et Parker en fait partie - en effectuant des mesures d'un point de vue que nous n'avons jamais eu auparavant, " a déclaré Kucera.

La modélisation est un autre outil essentiel pour brosser un tableau complet des observations de Parker.

"Nos résultats de simulation permettent d'interpréter à la fois les mesures localisées des instruments in situ, comme FIELDS et SWEAP, ainsi que les images plus globales produites par WISPR, " a déclaré Pete Riley, chercheur à Predictive Science Inc., à San Diego, Californie.

Les modèles sont un bon moyen de tester les théories sur la physique sous-jacente du Soleil. En créant une simulation qui s'appuie sur un certain mécanisme pour expliquer le chauffage coronal, par exemple, un certain type d'onde de plasma appelée onde d'Alfvén - les scientifiques peuvent vérifier la prédiction du modèle par rapport aux données réelles de Parker Solar Probe pour voir si elles s'alignent. S'ils le font, cela signifie que la théorie sous-jacente peut être ce qui se passe réellement.

"Nous avons eu beaucoup de succès en prédisant la structure de la couronne solaire pendant les éclipses solaires totales, ", a déclaré Riley. "Parker Solar Probe fournira des mesures sans précédent qui limiteront davantage les modèles et la théorie qui y est intégrée."

Parker Solar Probe est dans une position unique pour aider à améliorer les modèles, en partie grâce à sa vitesse record.

Le Soleil tourne environ une fois tous les 27 jours vu de la Terre, et les structures solaires qui alimentent une grande partie de son activité se déplacent avec elle. Cela crée un problème pour les scientifiques, qui ne peuvent pas toujours dire si la variabilité qu'ils voient est due à des changements réels dans la région produisant l'activité (variation temporelle) ou est causée simplement par la réception de matériel solaire d'une nouvelle région source (variation spatiale).

Pour une partie de son orbite, Parker Solar Probe dépassera ce problème. A certains moments, Parker Solar Probe se déplace assez vite pour correspondre presque exactement à la vitesse de rotation du Soleil, ce qui signifie que Parker « survole » une zone du Soleil pendant un court laps de temps. Les scientifiques peuvent être certains que les changements de données au cours de cette période sont causés par des changements réels sur le Soleil, plutôt que la rotation du Soleil.

Parker Solar Probe fait partie du programme Living with a Star de la NASA pour explorer les aspects du système Soleil-Terre qui affectent directement la vie et la société. Le programme Vivre avec une étoile est géré par le Goddard Space Flight Center de l'agence à Greenbelt, Maryland, pour la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. APL conçu, construit et exploite le vaisseau spatial.