Les héliophysiciens Goddard Jeff Newmark (à gauche) et Nat Gopalswamy (à droite), qui tient la caméra de polarisation qu'il a utilisée pour recueillir 50 images lors de l'éclipse totale de soleil en août 2017, prévoyez de faire voler un nouveau coronographe lors d'une mission en ballon l'année prochaine. Crédit :NASA/W. Hrybyk
Une technique d'observation proposée pour la première fois il y a plus de quatre décennies pour mesurer les paramètres physiques de la couronne qui déterminent la formation du vent solaire, source de perturbations dans la haute atmosphère terrestre, sera démontrée pour la première fois l'année prochaine. Ces paramètres sont la densité, Température, et la vitesse des électrons dans la couronne.
Nat Gopalswamy et Jeff Newmark, héliophysiciens du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, projet de démontrer BITSE - abréviation de Balloon-borne Investigation of Temperature and Speed of Electrons in the corona - à bord d'un ballon scientifique à haute altitude de Fort. Sumner, Nouveau Mexique, l'automne prochain.
Un nouveau type de coronagraphe
L'instrument scientifique de la mission BITSE, qui implique également l'Institut coréen d'astronomie et des sciences spatiales, est un coronographe. Ces appareils bloquent la surface brillante du Soleil pour révéler sa faible, mais la haute atmosphère très chaude appelée la couronne.
Cependant, le coronographe BITSE a ajouté des fonctionnalités qui peuvent mesurer certaines propriétés très importantes du vent solaire, qui peut voyager aussi vite qu'un million de miles par heure lorsqu'il s'écoule du Soleil en transportant des particules chargées ou du plasma et des champs magnétiques intégrés vers l'extérieur du système solaire. Bien que les scientifiques sachent que le vent solaire provient de la couronne, ils ne savent pas précisément comment il se forme ou s'accélère.
"Ce vol marquera la première fois que nous utiliserons un coronographe pour détecter la densité, température et vitesse des électrons dans la couronne. Aucun coronographe n'a jamais fait cela auparavant, " dit Gopalswamy, qui a utilisé le financement du programme de recherche et développement interne de Goddard pour faire avancer BITSE. Selon lui, les coronographes utilisés auparavant ne mesuraient que la densité des électrons dans la couronne solaire. "Nous avons besoin des trois propriétés physiques pour comprendre comment le vent solaire se forme, " il a dit.
Cette question revêt une importance particulière pour les scientifiques. Comprendre la source du vent solaire, qui détermine comment les éjections de masse coronale provoquant la météorologie spatiale, ou CME, se propager entre le Soleil et la Terre, peut aider à améliorer les prévisions spatiales-météo, en particulier dans l'environnement proche de la Terre où les changements peuvent parfois interférer avec les communications radio ou le GPS. Lors d'orages géomagnétiques particulièrement forts, déclenchée par la libération de tonnes de particules chargées lors d'un CME, les particules qui composent le vent solaire peuvent circuler le long des champs magnétiques à travers la magnétosphère protectrice de la Terre jusqu'à la surface où elles peuvent perturber les réseaux électriques et l'électronique.
Pendant son séjour à 25 milles au-dessus de la surface de la Terre, BITSE passera jusqu'à 10 heures à imager la couronne solaire. En plus d'un occulteur qui bloque la lumière de la surface du Soleil, un peu comme la Lune bloque la lumière vive lors d'une éclipse solaire, BITSE propose deux autres technologies importantes.
Cette image de l'Observatoire solaire et héliosphérique montre des traînées de lumière vive. Cela représente la matière s'écoulant du Soleil, qui est obscurci dans cette image par le disque rouge central afin que sa lumière ne submerge pas le matériau plus faible qui l'entoure. Les scientifiques veulent mieux comprendre les causes de cet écoulement régulier, connu sous le nom de vent solaire. Crédit :NASA/SOHO
La roue à filtres bloque toutes les longueurs d'onde de la lumière visible à l'exception de celles dans quatre bandes spécifiques dans la gamme violette-3850, 3987, 4100, et 4233 Angströms. Et la caméra, qui sert de détecteur de BITSE, est capable de collecter directement la lumière polarisée, c'est-à-dire lumière où les champs électriques et magnétiques oscillent dans des directions spécifiques. Les scientifiques ont besoin de la lumière polarisée pour dériver les propriétés des électrons. Parce que la caméra peut collecter de la lumière polarisée, BITSE ne nécessite pas de mécanisme supplémentaire pour effectuer la même tâche que les détecteurs plus traditionnels.
Ensemble, ces composants de charge utile permettront à l'équipe d'exécuter une technique d'observation appelée imagerie par rapport de bande passante, une approche initialement proposée en 1976. Cette technique détermine la température et la vitesse des électrons, ainsi que les informations de densité que les coronographes recueillent traditionnellement.
Cela fonctionne comme ceci :« La lumière visible que nous voyons est en fait la lumière du disque solaire qui se diffuse à partir des électrons du vent solaire, " expliqua Newmark. " Cette diffusion étale la lumière du disque, qui est en fait un grand nombre de raies spectrales ou de longueurs d'onde individuelles. Si nous choisissons les bonnes longueurs d'onde à regarder, alors la quantité de maculage nous indique la température et la vitesse que les électrons doivent présenter pour maculer la lumière de cette manière. »
" N'importe qui peut créer une roue à filtres réglée sur quatre longueurs d'onde visibles individuelles, mais nous rassemblons cette technologie pour que notre instrument fasse ce que nous voulons qu'il fasse. C'est cool. C'est la première fois qu'on fait ça, " Newmark ajouté.
L'équipe prévoit de tester le système BITSE complet dans l'installation de réservoirs à vide du National Center for Atmospheric Research à Boulder, Colorado, au printemps 2019. Cependant, Gopalswamy a monté la caméra de polarisation sur un télescope et a obtenu 50 images dans les quatre filtres pendant l'éclipse solaire totale qui s'est produite en août 2017.
Instrument ISS recherché
La campagne de terrain d'imagerie de l'éclipse solaire a prouvé le travail de la caméra BITSE et de la technique du filtre, mais le vol en ballon est essentiel pour valider le système dans un environnement proche de l'espace où Gopalswamy et Newmark espèrent recueillir au moins huit heures de données, ce que Gopalswamy compare à l'observation de 150 éclipses solaires.
Cependant, l'équipe espère que la mission ballon ne sera pas le dernier hourra pour le coronographe. "Nous voulons vraiment mettre une version de cet instrument sur la Station spatiale internationale, " a déclaré Newmark. L'approche méthodique de l'équipe, de la première campagne de terrain d'observation de l'éclipse solaire en 2017 au combat de ballons en 2019, ouvre la voie à une mission à plus long terme en orbite terrestre basse, dit Newmark.
"On peut faire voler l'instrument pendant six mois sur la station, " Gopalswamy a ajouté. " Littéralement, on passe des minutes, aux heures, à des mois pour rassembler ces paramètres de vent solaire indispensables qui alimenteront nos modèles spatiaux et météorologiques. »
