Au cours de la prochaine décennie, La NASA vise à lancer l'humanité vers la Lune et vers Mars, une étape monumentale dans les voyages spatiaux en équipage. Un tel voyage est rempli de défis et de périls, un peu comme ceux rencontrés par les premiers explorateurs à traverser l'océan. Cependant, au lieu de mers agitées, ces explorateurs partiront au milieu des aléas de l'héliosphère, l'environnement magnétique émanant du soleil et englobant le système solaire. Les risques de voyager à travers ce royaume dépendent en fin de compte de notre capacité à comprendre la dynamique qui s'y trouve.

"Pour aller sur Mars, les engins spatiaux et les humains seront plongés dans l'héliosphère et devront y faire face, " dit Terry Onsager, scientifique de programme au siège de la NASA à Washington, D.C. "Cet environnement peut être dur, mais celui pour lequel nous sommes prêts."

Pour naviguer en toute sécurité dans l'héliosphère, Les scientifiques et les missions de la NASA cartographient la région depuis des décennies. Résultats récents, de la proximité de la Terre à l'ensemble du système solaire, nous aident à concevoir un chemin sûr pour les futurs explorateurs de l'espace à l'étranger.

Rester en sécurité en route vers Mars

Lorsque les astronautes quittent la bulle magnétique protectrice autour de la Terre, la magnétosphère, ils sont exposés aux rayonnements de particules énergétiques nocifs du soleil. Sortant continuellement de la surface solaire, ces particules énergétiques solaires, comme ils sont connus, peuvent atteindre des niveaux qui peuvent endommager l'électronique et endommager les tissus vivants dans l'espace.

"Périodiquement, les éruptions solaires à la surface du soleil peuvent générer d'énormes augmentations dans les environnements de rayonnement de particules énergétiques, et quand cela se produit, les systèmes doivent être capables de gérer cela, " a déclaré Onsager.

Les engins spatiaux sont conçus avec des équipements résistants aux radiations et des zones sûres où les astronautes peuvent se cacher pendant les tempêtes solaires, qui peuvent durer des heures, voire des jours. En plus de ces garanties de protection, avoir un système d'alerte fiable est primordial pour la sécurité des astronautes.

L'observatoire de la dynamique solaire de la NASA (SDO) surveille constamment le soleil depuis huit ans. Les images qu'il prend en lumière visible et ultraviolette permettent aux scientifiques de surveiller en permanence les conditions de surface et de comprendre quelle activité pourrait se dérouler juste en dessous, prêt à émerger. Une fois qu'une éruption est vue à la surface du soleil, les astronautes peuvent généralement recevoir un avertissement d'environ une demi-heure avant que le rayonnement entrant n'atteigne des niveaux de pointe. Bien que cela donne aux astronautes un certain temps pour agir, en fin de compte, des améliorations dans les prévisions météorologiques spatiales sont nécessaires pour fournir des avertissements plus avancés.

Améliorer les prévisions météorologiques spatiales

Prédire la météo spatiale - le vent solaire et les particules énergétiques solaires qu'il transporte - n'est pas sans rappeler les prévisions météorologiques terrestres. Cela commence par l'observation du soleil, ce que SDO et d'autres missions héliophysiques de la NASA font 24 heures sur 24. Les données sur l'activité du soleil sont ensuite introduites dans des modèles informatiques basés sur la physique qui font des prédictions statistiques sur la probabilité d'une éruption solaire. Cela permet ensuite aux scientifiques de donner un avertissement lorsqu'un tel événement peut se produire.

« Prévision des phénomènes météorologiques spatiaux, que ce soit sur Terre ou dans l'espace lointain, est très, très complexe, " a déclaré Jingnan Guo, héliophysicien à l'Université de Kiel en Allemagne. "Nous devons considérer les échelles de la distance Soleil-Terre - environ 93 millions de miles, à laquelle les vagues et la matière en éruption se propagent dans l'espace - jusqu'à quelques mètres, à quelle échelle vous voyez la turbulence et la cinématique des particules."

A partir de maintenant, notre compréhension de la dynamique complexe en jeu dans l'héliosphère est incomplète, rendre les prédictions difficiles; les meilleurs modèles en sont encore aux premiers stades de développement. Les scientifiques qui modélisent la météo spatiale dépendent des nombreuses missions héliophysiques de la NASA pour améliorer leurs prévisions.

"Si vous n'avez qu'une observation ponctuelle, c'est très difficile à modéliser ou même, parfois, interpréter les données. Si vous avez plusieurs points, que vous ne pouvez contraindre votre modèle et vous assurer que les théories sous-jacentes sont capables de reproduire cet événement, " a déclaré Leila Mays, un scientifique de la météo spatiale au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

L'année dernière, un fort événement de particules énergétiques solaires a été observé par plusieurs missions de la NASA. Les résultats, qui enregistrent le premier événement de particules observé au niveau du sol sur Mars et sur Terre, ont été récemment publiés dans la revue Météo spatiale . Dans cet événement, des particules de haute énergie accélérées par un choc intense provoqué par une éjection de masse coronale - une violente explosion sur la surface solaire qui crache du gaz et des particules énergétiques - ont été détectées pour la première fois alors qu'elles quittaient le soleil avec SDO. Les scientifiques ont utilisé des instruments et des modèles au sol pour suivre comment les matériaux se déplaçaient dans l'héliosphère et pour mesurer leur intensité lorsqu'ils ont atteint la Terre et Mars.

De telles observations multipoints sont essentielles pour comprendre comment les particules projetées par le soleil se déplacent à travers le système solaire. Cette connaissance de la façon dont le rayonnement se propage aide finalement à améliorer les modèles, en donnant aux astronautes un avertissement plus avancé des événements météorologiques spatiaux potentiellement dangereux.

"Bien qu'il s'agisse du plus grand événement de particules énergétiques solaires que nous ayons observé à la surface de Mars, cela n'aurait pas été dangereux pour les astronautes là-bas, " dit Guo, qui a rédigé le document. "Toutefois, des événements de particules énergétiques solaires beaucoup plus importants sont possibles et cet événement nous aide à comprendre à quoi cela pourrait ressembler. »

Les scientifiques continueront d'étudier la météo spatiale depuis la Terre avec des instruments au sol ainsi que la flotte d'engins spatiaux héliophysiques de la NASA, mais les missions futures offriront de nouveaux points de vue.

"Finalement, davantage de données sont nécessaires et nous espérons en obtenir de Parker Solar Probe, puisqu'il va si près du soleil, où ces particules nocives sont accélérées à des énergies élevées, " a déclaré Mays. " Nous avons des hypothèses sur le fonctionnement de cette accélération qui entrent dans les modèles, mais les mesures de Parker aideraient vraiment à améliorer nos théories."

Déjà, l'instrument détecteur d'évaluation des radiations à bord du Curiosity Rover a mesuré les radiations à haute énergie sur la surface martienne, des données qui aident les scientifiques à comprendre à quelle quantité de radiations les humains seront exposés lors de leur visite sur la planète rouge. Le programme conjoint de satellites environnementaux opérationnels géostationnaires de la NASA et de la NOAA mesure des mesures de particules énergétiques pour les astronautes actuels depuis les années 1980. Des instruments pour étudier le rayonnement des particules seront également à bord des futurs vols et de la Lunar Orbital Platform-Gateway, l'avant-poste proposé pour orbiter autour de la lune.

"Les futurs véhicules d'exploration humaine dans l'espace lointain offrent non seulement la capacité de protéger l'équipage à bord, mais simultanément faire de nouvelles expériences scientifiques, " a déclaré Antti Pulkkinen, scientifique du Goddard Space Flight Center de la NASA. "Ils serviront ce double objectif."

Ces mesures ne profiteront pas qu'aux prévisions météorologiques spatiales. Ils nous aideront également à comprendre des choses plus proches de chez nous, comme la lune.

Nouvel aperçu sur la lune

Le retour sur la lune ouvrira sans aucun doute de nouvelles portes pour comprendre notre plus proche voisin dans l'espace. Après tout, ce n'est que lorsque nous avons mis le pied sur la lune pour la première fois que nous avons pu comprendre ses origines. Aujourd'hui, nous découvrons encore de nouvelles choses et des missions de la NASA comme l'accélération, Reconnexion, Turbulence, et l'électrodynamique de l'interaction de la lune avec le soleil – ARTEMIS – découvrent de nouvelles perspectives sur l'atmosphère ténue de la lune.

La lune est, En réalité, pas sans air. Il a une fine couche atmosphérique - l'exosphère - composée principalement d'hydrogène, hélium, néon et argon, s'étend à environ cent milles au-dessus de la surface. Une couche secondaire ténue et éphémère, l'ionosphère, est mélangée au bord supérieur de l'exosphère, créée par la lumière du soleil, énergisant les atomes de l'exosphère.

"L'ionosphère est un million de fois moins dense que l'ionosphère de la Terre, il est donc très difficile de mesurer directement ces particules chargées, " dit Jasper Halekas, Scientifique ARTEMIS à l'Université de l'Iowa à Iowa City, et auteur principal d'une nouvelle étude sur l'ionosphère de la lune.

En utilisant une nouvelle technique d'analyse des données d'ARTEMIS, Halekas et son équipe ont pu mesurer directement l'ionosphère. Ils ont noté que l'ionosphère s'agrandissait à chaque pleine lune et s'est couplée à l'ionosphère de la Terre, ce qui signifie que les particules chargées sont probablement capables de faire des allers-retours entre les ionosphères des deux corps.

"La présence de la lune peut en fait affecter la magnétosphère terrestre, " a déclaré Halekas. " Cela pourrait en fait perturber cet environnement local. "

De nouvelles missions sur la Lune permettraient d'étudier l'ionosphère et l'exosphère depuis la surface, nous donnant une meilleure compréhension de ce couplage et de la façon dont notre atmosphère peut être liée à celle de la lune.

Les nouveaux résultats pourraient également nous aider à mieux comprendre comment les atmosphères sont créées et maintenues sur de petits corps.

"La même technique pourrait être appliquée à de nombreux autres corps du système solaire, qui devrait avoir une atmosphère ténue comme celle de la lune, " dit Halekas. " Cela inclurait :les lunes autour des planètes extérieures, gros corps dans la ceinture d'astéroïdes, choses dans la ceinture de Kuiper, et même des objets en dehors du système solaire."

Partir en toute confiance

Il est difficile de prédire les découvertes qui seront faites lors des voyages de l'humanité vers la Lune et Mars, bien qu'ils soient certainement innombrables. Ce qui est certain, c'est le rôle de premier plan que l'héliophysique jouera pour nous aider à y parvenir. L'étude de l'héliophysique et de la météo spatiale est inestimable pour protéger nos astronautes et nos actifs dans l'espace. Et, indubitablement, ce voyage à travers le système solaire nous aidera à découvrir de nouvelles découvertes sur l'héliosphère que nous appelons notre maison, rendre les routes de l'espace plus sûres pour les futures générations d'explorateurs de l'espace.