Glissant dans l'espace à une vitesse proche de la lumière, Particules énergétiques solaires, ou SEP, sont l'un des principaux défis pour l'avenir des vols spatiaux habités. Les nuages ​​de ces minuscules projectiles solaires peuvent atteindre la Terre - un voyage de 93 millions de kilomètres - en moins d'une heure. Ils peuvent faire frire les composants électroniques sensibles des engins spatiaux et présenter de graves risques pour les astronautes humains. Mais leur apparition est extraordinairement difficile à prévoir, en partie parce que nous ne savons toujours pas exactement d'où ils viennent sur le Soleil.

Une nouvelle étude retraçant trois sursauts SEP jusqu'au Soleil a fourni la première réponse.

« Nous avons pour la première fois pu identifier les sources spécifiques de ces particules énergétiques, " a déclaré Stéphanie Yardley, physicien de l'espace à l'University College de Londres et coauteur de l'article. "La compréhension des régions sources et des processus physiques qui produisent les SEP pourrait conduire à une meilleure prévision de ces événements." Auteurs de l'étude David Brooks, physicien de l'espace à l'Université George Mason de Washington, D.C., et Yardley ont publié leurs conclusions dans Avancées scientifiques le 3 mars, 2021.

Les SEP peuvent jaillir du Soleil dans n'importe quelle direction; en attraper un dans l'immensité de l'espace n'est pas une mince affaire. L'Observatoire du système héliophysique de la NASA, une flotte croissante de vaisseaux spatiaux d'étude du Soleil, stratégiquement placé dans tout le système solaire, a été conçu en partie pour augmenter les chances de ces rencontres chanceuses.

Les scientifiques ont divisé les événements SEP en deux types principaux :impulsifs et graduels. Les événements SEP impulsifs se produisent généralement après les éruptions solaires, les éclairs brillants sur le Soleil produits par de brusques éruptions magnétiques.

"Il y a cette pointe vraiment pointue, puis une décroissance exponentielle avec le temps, " a déclaré Lynn Wilson, scientifique du projet pour le vaisseau spatial Wind au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Les SEP progressifs durent plus longtemps, parfois pendant des jours. Ils viennent en gros essaims, faisant des explosions un plus grand risque pour les astronautes et les satellites. Les SEP graduels sont poussés par derrière par des éjections de masse coronale, ou CME - de grands panaches de matière solaire qui se répandent dans l'espace comme un raz-de-marée. Les SEP agissent comme des surfeurs, attrapé par cette vague et propulsé à des vitesses incroyables.

Le plus grand mystère des PES progressifs n'est pas ce qui les accélère, mais d'où ils viennent en premier lieu. Pour des raisons encore mal comprises, Les SEP contiennent un mélange de particules différent de celui des autres matériaux solaires s'écoulant du Soleil dans le vent solaire - moins de carbone, soufre, et des ions phosphore, par exemple. Certains scientifiques pensent qu'ils sont taillés dans un tissu totalement différent, formant dans une caractéristique ou une couche différente du Soleil que le reste du vent solaire.

Pour savoir d'où viennent les PES, Brooks et Yardley ont retracé les événements SEP progressifs de janvier 2014 à leur origine sur le Soleil.

Ils ont commencé avec le vaisseau spatial Wind de la NASA, qui orbite au point L1 de Lagrange à environ 1 million de miles plus près du Soleil que nous. L'un des huit instruments de Wind est les Particules Energétiques :Accélération, Composition, et transports, ou instrument EPACT, spécialisée dans la détection des SEP. EPACT a capturé trois fortes explosions SEP le 4 janvier, 6ème et 8ème.

Les données de Wind ont montré que ces événements SEP avaient en effet une "empreinte digitale" spécifique - un mélange de particules différent de celui que l'on trouve généralement dans le vent solaire.

« Il y a souvent moins de soufre dans les SEP par rapport au vent solaire, parfois beaucoup moins", a déclaré Brooks, auteur principal de l'article. "Il s'agit d'une empreinte unique des SEP qui nous permet de rechercher des endroits dans l'atmosphère du Soleil où le soufre fait également défaut."

Ils se sont tournés vers le vaisseau spatial Hinode d'observation du soleil de la JAXA/NASA, un observatoire dans lequel Brooks joue un rôle opérationnel essentiel pour la NASA du Japon. Hinode regardait la région active 11944, une zone lumineuse de fort champ magnétique avec une grande tache solaire sombre visible depuis la Terre. L'AR 11944 avait produit plusieurs grandes fusées éclairantes et CME début janvier qui ont libéré et accéléré les SEP Wind observés.

Spectromètre d'imagerie ultraviolette extrême de Hinode, ou instrument EIS, scanné la région active, briser la lumière en raies spectrales utilisées pour identifier des éléments spécifiques. Ils ont recherché des endroits dans la région active avec une empreinte digitale correspondante, où le mélange spécifique d'éléments concordait avec ce qu'ils voyaient dans les données de Wind.

"Ce type de recherche est exactement ce que Hinode a été conçu pour poursuivre, " dit Sabrina Savage, le scientifique américain du projet pour Hinode. "La science des systèmes complexes ne peut pas se faire dans une bulle avec une seule mission."

Les données de Hinode ont révélé la source des événements SEP, mais ce n'était pas ce à quoi s'attendaient Brooks ou Yardley.

Comme règle, le vent solaire peut s'échapper plus facilement en trouvant des lignes de champ magnétique ouvertes, des lignes de champ ancrées au Soleil à une extrémité mais qui s'écoulent dans l'espace de l'autre.

"Je pensais vraiment que nous allions le trouver aux bords de la région active où le champ magnétique est déjà ouvert et la matière peut s'échapper directement, ", a déclaré Brooks. "Mais l'empreinte digitale ne correspondait que dans les régions où le champ magnétique est toujours fermé."

Les SEP s'étaient en quelque sorte libérés des fortes boucles magnétiques connectées au Soleil aux deux extrémités. Ces boucles piègent la matière près du sommet de la chromosphère, une couche en dessous où éclatent les éruptions solaires et les éjections de masse coronale.

"Les gens ont déjà réfléchi aux moyens de sortir d'un champ fermé, en particulier dans le contexte du vent solaire, ", a déclaré Brooks. "Mais je pense que le fait que le matériau a été trouvé au cœur de la région, où les champs magnétiques sont très forts, rend le fonctionnement de ces processus plus difficile."

Le résultat surprenant soulève de nouvelles questions sur la façon dont les PES s'échappent du Soleil, questions mûres pour les travaux futurs. Toujours, localiser la source d'un événement est un grand pas en avant.

"Normalement, vous devez en déduire ce genre de chose - vous diriez, 'regardez, nous avons vu un SEP et une éruption solaire, et le SEP est probablement venu de l'éruption solaire, '", a déclaré Wilson, qui n'a pas participé à l'étude. "Mais c'est une preuve directe liant ces deux phénomènes ensemble."

Brooks et Yardley démontrent également une façon d'utiliser l'observatoire du système héliophysique en pleine croissance de la NASA, combiner des observations de plusieurs engins spatiaux pour faire de la science qui n'était pas possible auparavant.

"C'est une façon de penser à tous les engins spatiaux en vol que vous pouvez utiliser pour faire une seule étude, " a déclaré Wilson. " C'est comme avoir un tas de stations météorologiques - vous commencez à avoir une bien meilleure image de ce que fait le temps à plus grande échelle, et vous pouvez activement commencer à essayer de le prédire."

"Ces auteurs ont fait un travail remarquable en combinant les bons ensembles de données et en les appliquant aux bonnes questions, " a déclaré Savage. " La recherche des origines des particules énergétiques potentiellement nocives a été considérablement réduite grâce à cet effort. "