Les quatre engins spatiaux magnétosphériques multi-échelles volent hors de leur élément. Le vaisseau spatial vient de faire un petit détour par rapport à sa science de routine - en examinant les processus dans l'environnement magnétique de la Terre - et s'est plutôt aventuré à l'extérieur, étudier quelque chose pour lequel ils n'ont pas été conçus à l'origine.

Pour trois semaines, MMS a étudié le vent solaire - le flux de particules chargées supersoniques projetées autour du système solaire par le Soleil - pour mieux comprendre ce qu'on appelle la turbulence dans les plasmas, le chauffé, gaz électrifiés qui constituent 99 % de la matière ordinaire de l'univers. La turbulence est le mouvement chaotique d'un fluide. Il apparaît partout dans la vie quotidienne, des remous d'une rivière à la fumée d'une cheminée, mais c'est incroyablement difficile à étudier car c'est tellement imprévisible et ça reste l'une des disciplines les moins bien comprises de toute la physique. La mini-campagne offrira aux scientifiques une vue rapprochée et in situ pour repousser les frontières du domaine.

Mais pour prendre ces mesures révolutionnaires, Le MMS devait fonctionner d'une manière entièrement nouvelle - et les scientifiques et les ingénieurs MMS ont conçu un moyen intelligent pour permettre au vaisseau spatial d'étudier le vent solaire avec une précision sans précédent, tester les limites et les polyvalences des capacités du MMS.

Ouvrir de nouvelles portes

La mission magnétosphérique multi-échelles, MMS, a été lancé en 2015 pour étudier la reconnexion magnétique - le cassage explosif et le forgeage des lignes de champ magnétique, qui projette des particules de haute énergie autour de la Terre. Le MMS a été construit avec des instruments de pointe qui prennent des mesures avec une résolution près de 100 fois supérieure à celle des instruments précédents. Après deux ans d'étude de la reconnexion magnétique dans l'environnement magnétique terrestre - la magnétosphère - du côté jour, MMS a allongé son orbite pour commencer à regarder la reconnexion derrière la Terre, loin du soleil, où l'on pense qu'il déclenche les aurores.

Depuis que MMS a atteint ses objectifs de mission initiaux, il prend maintenant du temps dans sa mission prolongée pour s'attaquer à de nouveaux objectifs scientifiques. Comprendre les turbulences, qui est l'un des principaux objectifs scientifiques de la NASA, est la première mini-campagne que MMS envisage d'entreprendre.

"Nous aimerions faire beaucoup de ces mini-campagnes à l'avenir si celle-ci réussit, ce qu'il s'annonce déjà, " a déclaré Bob Ergun, chercheur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de Boulder, Colorado, qui dirige la nouvelle campagne. "Le MMS est un très, observatoire très puissant avec des instruments incroyablement sensibles et nous essayons de maximiser leur utilisation pour étudier ces autres sciences prioritaires."

Penser en dehors de la magnétosphère

L'étude du vent solaire se fait mieux à partir du vent solaire, mais la plupart du temps, les quatre engins spatiaux MMS orbitent à l'intérieur ou au bord de la magnétosphère terrestre, où le champ magnétique crée un tampon qui protège l'engin spatial du vent solaire. Parfois, cependant, ajustements orbitaux de routine, utilisé pour maintenir l'orbite allongée du MMS, emmenez-le bien dehors. Cette année, un coup de pouce à l'orbite du vaisseau spatial retire entièrement le MMS de l'environnement magnétique de la Terre et au-delà du choc de l'arc, une région où le vent solaire supersonique frappe la magnétosphère terrestre. A une telle distance, Le MMS passe à travers le vent solaire lui-même, ce qui laisse une fenêtre de temps pour étudier les turbulences de la région.

Etudier le vent solaire n'a rien à voir avec l'étude de la reconnexion magnétique, mais peut être fait avec les mêmes instruments qui mesurent les champs magnétiques et électriques. MMS est équipé de certains des instruments les plus précis jamais volés dans l'espace, mais pour les utiliser pour étudier le vent solaire, quelques ajustements doivent d'abord être faits.

Normalement, le MMS vole dans une formation en forme de pyramide appelée tétraèdre, ce qui permet aux quatre engins spatiaux d'être également séparés. Alors qu'ils volaient à travers le vent solaire, les vaisseaux spatiaux étaient plutôt disposés dans ce que les scientifiques appellent un « collier de perles ». Volant perpendiculairement au vent, les engins spatiaux se succédaient, chacun décalé à des distances de 25 à 100 kilomètres (environ 15,5 à 62 miles) de leur voisin. Cela permet aux scientifiques de voir à quel point le vent solaire varie sur différentes distances.

Cependant, alors que le vaisseau spatial voyage à travers le vent solaire supersonique, ils créent un sillage derrière eux, tout comme un bateau. Ce sillage n'est pas une caractéristique naturelle du vent solaire, donc les scientifiques du MMS veulent éviter d'avoir leurs instruments, qui filent au bout de longues flèches, traîné à travers elle. Pour effectuer des mesures précises non encombrées par le sillage, les vaisseaux spatiaux étaient chacun inclinés de 15 degrés. L'inclinaison soulève les flèches en rotation pour qu'elles se déplacent derrière le vaisseau spatial dans le sillage.

Cet angle permet aux scientifiques d'obtenir de meilleures données, mais cela a un coût. En raison de l'inclinaison, le panneau solaire ne reçoit pas autant de lumière, ce qui signifie que la puissance du vaisseau spatial est réduite de quelques watts chacun. L'inclinaison exerce également une contrainte thermique sur le vaisseau spatial, puisque le haut de chacun devient plus chaud que le bas. Pour une courte campagne cependant, ces effets n'affecteront pas de façon permanente le vaisseau spatial.

Vieux vaisseau spatial, Nouvelles astuces

Les données MMS recueillies au cours de cette campagne seront parmi les mesures les plus précises de la turbulence dans le vent solaire jamais réalisées. La recherche complétera également le travail effectué par la sonde solaire Parker de la NASA, qui vole à travers l'atmosphère du Soleil en étudiant les origines du vent solaire. Alors que Parker Solar Probe mesure la turbulence initiale dans le vent solaire, Le MMS a mesuré les conséquences lorsqu'il a atteint la Terre.

"Presque tous les plasmas astrophysiques que nous regardons autour du Soleil, étoiles, trous noirs, disques d'accrétion, jets, sont tous extrêmement turbulents, donc en le comprenant autour de la Terre nous le comprenons ailleurs, " dit Ergoun.

En fin de compte, cette mini-campagne servira également de cas de test pour ce que le MMS est capable de faire à l'avenir. Apprendre les nuances des formations et des angles d'inclinaison du MMS permettra aux scientifiques de mieux comprendre l'éventail des capacités du MMS, ce qui peut également ouvrir la porte à d'autres types de campagnes scientifiques.