la NASA et le Korea Astronomy and Space Science Institute, ou KASI, se préparent à tester une nouvelle façon de voir le Soleil, haut au-dessus du désert du Nouveau-Mexique.

Un ballon, assez grand pour embrasser un terrain de football, doit prendre son envol au plus tôt le 26 août. 2019, portant en dessous une lunette solaire appelée BITSE. BITSE est un coronographe, une sorte de télescope qui bloque la face brillante du Soleil afin de révéler son atmosphère plus sombre, appelé la couronne. Abréviation de Balloon-borne Investigation of Temperature and Speed ​​of Electrons in the corona, BITSE cherche à expliquer comment le Soleil crache le vent solaire.

Le vent solaire est le flux de particules chargées qui souffle constamment de l'atmosphère extérieure du Soleil, lavage sur l'ensemble du système solaire. Alors que les scientifiques savent généralement où il se forme, exactement comment il le fait reste un mystère. Mais découvrir la nature du vent solaire est essentiel pour prédire comment les éruptions solaires se déplacent. Le vent solaire est un peu comme un toboggan aquatique :son débit détermine la façon dont une tempête solaire traverse l'espace. Parfois, les orages s'écrasent sur le champ magnétique terrestre, provoquant des perturbations qui peuvent interférer avec les satellites et les systèmes de communication quotidiens comme la radio ou le GPS.

Une collaboration entre la NASA et KASI, BITSE démontre une nouvelle façon d'étudier le vent solaire. Alors que les coronographes standard capturent la densité de la couronne, BITSE mesure également la température et la vitesse des électrons dans le vent solaire pour aider à comprendre les forces puissantes qui les accélèrent à des vitesses de 1 million de miles par heure. Le vol en montgolfière de BITSE est une étape clé dans les tests et le développement de cet instrument, et aidera l'équipe de scientifiques et d'ingénieurs à affiner leur technologie pour les futurs vols spatiaux.

"C'est un coronographe capable de mesurer ces trois propriétés, tout ce dont vous avez besoin pour comprendre comment le vent solaire se forme et s'accélère, " a déclaré Nat Gopalswamy, Chercheur principal du BITSE au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. En améliorant les coronographes, BITSE améliore notre compréhension de la couronne elle-même, la force motrice derrière la substance solaire qui remplit l'espace autour de la Terre, améliorant finalement notre capacité à prévoir la météo dans l'espace.

Voler au bord de l'atmosphère

Avant le lancement, aux petites heures du matin, techniciens du site de terrain du Columbia Scientific Balloon Facility de la NASA à Fort Sumner, Nouveau Mexique, préparera le ballon pour le vol, remplir partiellement la grande enveloppe en plastique avec de l'hélium. Le ballon est fait de polyéthylène - le même matériau que les sacs d'épicerie - et est à peu près aussi épais qu'un sac à sandwich en plastique, mais beaucoup plus fort. Au fur et à mesure que le ballon s'élève au-dessus de la surface et que la pression atmosphérique chute, le gaz dans le ballon se dilate et il gonfle.

BITSE va serpenter vers le haut jusqu'à ce qu'il soit à environ 22 miles au-dessus du sol. Là, ça va côtoyer, prendre des photos de l'atmosphère bouillonnante du Soleil. A la fin de la journée, il aura collecté jusqu'à 64 gigaoctets, soit l'équivalent de 40 longs métrages, de données.

Le voyage de BITSE vers le ciel a commencé par une éclipse. Les coronagraphes fonctionnent en imitant les éclipses; comme la lune, un disque de métal - appelé occulteur - bloque le Soleil, mettre la couronne sous les projecteurs. Au cours du 21 août, 2017, éclipse solaire totale, Gopalswamy et son équipe ont testé des pièces clés de l'instrument à Madras, Oregon. En seulement deux minutes de totalité, ils ont pris 50 images et ont démontré les défis et les avantages de l'utilisation de la technique particulière de leur instrument.

Maintenant, l'équipe ne se limite plus à des recherches hâtives dans l'ombre de la Lune. Un ballon emmènera leur instrument aux confins de l'atmosphère, où il volera pendant au moins six heures. Les montgolfières offrent un moyen peu coûteux d'accéder à cette région, permettant aux scientifiques de faire des mesures et d'effectuer des tests qu'ils ne peuvent pas faire depuis le sol. Là, BITSE peut collecter ses images avec beaucoup moins de lumière de fond que depuis le sol, ce qui interfère avec les observations de la faible couronne.

Un nouveau type de coronographe

BITSE combine plusieurs technologies importantes. D'abord, l'instrument est construit avec un seul étage d'occultation. Puis, il existe une caméra spéciale qui capture la lumière polarisée, des ondes lumineuses qui oscillent dans certaines directions. Les scientifiques utilisent ces photos pour cartographier la densité électronique, ou combien d'électrons sont dans la couronne et où.

Les coronographes typiques utilisent une roue qui parcourt les filtres polariseurs, chacun orienté selon des angles différents, et combine les images pour obtenir la lumière polarisée. La caméra de polarisation de BITSE analyse les observations pixel par pixel, fiabiliser le processus en réduisant le nombre de pièces mobiles.

"Nous avons collé toute la feuille de micro-polariseurs sur le détecteur de la caméra, donc nous n'avons pas besoin de la roue de polarisation, " dit Qian Gong, Ingénieur principal en optique BITSE chez Goddard.

BITSE dispose également d'une roue à filtres, qui bloque toute la lumière de la couronne à l'exception de quatre longueurs d'onde spécifiques. Les rapports de ces différentes longueurs d'onde fournissent aux scientifiques la température et la vitesse des électrons dans la couronne - des mesures qu'ils ne peuvent pas obtenir à partir du sol, même pendant une éclipse. En se concentrant sur une tranche non étudiée de la couronne qui est la clé de la formation du vent solaire, les scientifiques espèrent recueillir de nouveaux indices sur ses origines. Un jour, une version de BITSE pourrait faire ces mesures depuis l'espace, prolonger leur temps d'observation de quelques heures à plusieurs mois.

Plus de 22 milles au-dessus de la surface, BITSE dérivera bien au-dessus du royaume des oiseaux, avions, conditions météorologiques, et le ciel bleu lui-même. L'altitude présente des défis uniques, dit Gong. Certains éléments de conception sont spécifiques au vol en montgolfière, comme les optiques sensibles à la température de BITSE. Un système thermique embarqué permettra au BITSE de ne pas avoir trop froid lors de son ascension. Même la colle qu'ils ont utilisée sur les filtres de polarisation a été soigneusement sélectionnée à la fois pour fournir un bon adhésif et résister aux températures attendues. Un décalage de quelques microns seulement – ​​un cheveu humain moyen mesure 75 microns de diamètre – en réponse à la haute atmosphère froide pourrait avoir un impact sur leurs données, elle a expliqué, puisque chaque pixel a une largeur de 7,5 microns.

A de si hautes altitudes, le ciel est plus sombre; où l'atmosphère est mince, il y a peu de particules d'air pour diffuser la lumière. Par rapport au sol, ce sont de bien meilleures conditions pour un coronographe. Toujours, le bord de l'atmosphère est plus lumineux que l'espace.

"La luminosité du ciel limite fondamentalement ce que nous pouvons voir, et pousse notre besoin de passer à l'étape suivante :les observations depuis l'espace, " a déclaré Jeff Newmark, scientifique solaire de Goddard. Ensemble, Gopalswamy et Newmark dirigent l'équipe qui envoie BITSE dans le ciel, un pas de plus vers l'espace, où il n'y a pas de lumière de fond gênante.

Une véritable mission collaborative, BITSE présente de nombreuses contributions de la NASA et de KASI. La NASA a fourni l'optique principale, mécanique, montrer du doigt, communication, et ensembles de gondoles, ainsi que la gestion globale et le lancement de la mission, tandis que KASI a fourni la roue à filtres, ordinateur d'instrument et système de caméra, entre autres contributions.

Objectifs élevés

A la fin du vol de BITSE, les techniciens du site de Fort Sumner enverront des commandes de terminaison, lancer une séquence qui sépare l'instrument et le ballon, déploie le parachute de l'instrument, et perce le ballon. Un avion au-dessus de nous surveillera les derniers instants de la montgolfière, et relayer l'emplacement de BITSE. Des heures après, loin d'où ça a commencé, le coronographe sera parachuté au sol. Un équipage roulera dans le désert pour récupérer à la fois le ballon et le BITSE en fin de journée.

Les données du vol de BITSE seront utiles pour les modèles que les scientifiques utilisent pour prédire la météo spatiale. Mais l'équipe se tournera vers le vol pour valider la conception et les performances de BITSE dans un environnement proche de l'espace. De leur campagne d'observation de l'éclipse solaire d'août 2017 au vol en montgolfière de cette année et finalement, vol spatial, l'équipe a continué à viser toujours plus haut.