Le soleil comme vous ne l'avez jamais vu

La caractéristique intrigante dans le tiers inférieur de l'image, sous le centre, a été surnommée le hérisson solaire. À l'heure actuelle, personne ne sait exactement de quoi il s'agit ni comment il s'est formé dans l'atmosphère du soleil. L'image a été capturée le 30 mars 2022 par l'Extreme Ultraviolet Imager (EUI) à une longueur d'onde de 17 nanomètres. Quelques jours plus tôt, Solar Orbiter avait traversé son premier périhélie proche. À seulement 32% de la distance de la Terre au soleil, cela a placé le vaisseau spatial à l'intérieur de l'orbite de la planète intérieure Mercure. Être plus proche du soleil que n'importe quel télescope solaire précédent a permis à EUI de prendre des images extrêmement détaillées de l'atmosphère solaire. Ceux-ci révèlent le soleil comme jamais auparavant et ont montré une multitude de caractéristiques intrigantes telles que le hérisson, qui, bien que classé comme une caractéristique à petite échelle, mesure encore quelque 25 000 km de diamètre, soit environ deux fois le diamètre de la Terre. Les gaz représentés sur cette image ont une température d'environ un million de degrés. L'image a été codée par couleur car la longueur d'onde d'origine détectée par l'instrument est invisible à l'œil humain. Regardez des films du hérisson solaire ici et ici. Crédit :ESA &NASA/Solar Orbiter/EUI Team

Des éruptions puissantes, des vues à couper le souffle sur les pôles solaires et un curieux "hérisson" solaire font partie des images, films et données spectaculaires renvoyés par Solar Orbiter lors de sa première approche rapprochée du soleil. Bien que l'analyse du nouvel ensemble de données ne fasse que commencer, il est déjà clair que la mission dirigée par l'ESA fournit les informations les plus extraordinaires sur le comportement magnétique du soleil et la façon dont cela façonne la météo spatiale.

L'approche la plus proche du soleil de Solar Orbiter, connue sous le nom de périhélie, a eu lieu le 26 mars. Le vaisseau spatial se trouvait à l'intérieur de l'orbite de Mercure, à environ un tiers de la distance entre le soleil et la Terre, et son bouclier thermique atteignait environ 500°C. Mais il a dissipé cette chaleur grâce à sa technologie innovante pour assurer la sécurité et le bon fonctionnement du vaisseau spatial.

Solar Orbiter transporte dix instruments scientifiques - neuf sont dirigés par les États membres de l'ESA et un par la NASA - travaillant tous ensemble en étroite collaboration pour fournir un aperçu sans précédent du fonctionnement de notre étoile locale. Certains sont des instruments de télédétection qui regardent le soleil, tandis que d'autres sont des instruments in situ qui surveillent les conditions autour du vaisseau spatial, permettant aux scientifiques de "relier les points" de ce qu'ils voient se produire au soleil, à ce que Solar Orbiter "ressent". " à son emplacement dans le vent solaire à des millions de kilomètres.

En ce qui concerne le périhélie, il est clair que plus le vaisseau spatial se rapproche du soleil, plus les détails que l'instrument de télédétection peut voir sont fins. Et comme par hasard, le vaisseau spatial a également absorbé plusieurs éruptions solaires et même une éjection de masse coronale dirigée vers la Terre, offrant un avant-goût des prévisions météorologiques spatiales en temps réel, une entreprise qui devient de plus en plus importante en raison de la menace que pose la météo spatiale. à la technologie et aux astronautes.

Présentation du hérisson solaire

"Les images sont vraiment à couper le souffle", déclare David Berghmans, Observatoire royal de Belgique, et chercheur principal (PI) de l'instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI), qui prend des images haute résolution des couches inférieures de l'atmosphère solaire, connues que la couronne solaire. C'est dans cette région que se déroule la majeure partie de l'activité solaire qui régit la météo spatiale.

La tâche désormais de l'équipe EUI est de comprendre ce qu'ils voient. Ce n'est pas une tâche facile car Solar Orbiter révèle tellement d'activité sur le soleil à petite échelle. Après avoir repéré une caractéristique ou un événement qu'ils ne peuvent pas reconnaître immédiatement, ils doivent ensuite fouiller dans les observations solaires passées d'autres missions spatiales pour voir si quelque chose de similaire a déjà été vu.

"Même si Solar Obiter arrêtait de prendre des données demain, je serais occupé pendant des années à essayer de comprendre tout cela", déclare David Berghmans.

Une caractéristique particulièrement accrocheuse a été observée au cours de ce périhélie. Pour l'instant, il a été surnommé "le hérisson". Il s'étend sur 25 000 kilomètres à travers le soleil et possède une multitude de pics de gaz chauds et froids qui s'étendent dans toutes les directions.

L'instrument Metis de Solar Orbiter prend des images de l'atmosphère extérieure du soleil, la couronne, de 1,7 à 3 rayons solaires. Pour ce faire, il recouvre artificiellement le disque lumineux du soleil, comme ce qui se passe lors d'une éclipse solaire totale. Cela permet aux chercheurs de surveiller en permanence le comportement de la couronne, en particulier la façon dont elle s'écoule vers l'extérieur pour créer le vent solaire. Cette séquence d'images montre le comportement de la couronne de 04h39 UT le 22 mars 2022 à 04h02 UT le 23 mars 2022. Le panneau de droite est une version traitée de l'image de gauche, ce qui permet encore plus de détails dans la couronne être vu. Il convient de noter dans cette séquence que les régions polaires sont sombres. Cela rappelle une configuration de champ magnétique «minimum solaire» sur le soleil, lorsque l'activité solaire est faible et ne devrait pas durer beaucoup plus longtemps. Le soleil s'accélère actuellement pour atteindre un pic de ses niveaux d'activité, connu sous le nom de maximum solaire, en 2025. Au cours des mois et des années à venir, le vaisseau spatial Solar Orbiter de l'ESA/NASA verra ces régions polaires devenir plus lumineuses à mesure que l'activité magnétique dans la région polaire régions augmente également. Crédit :ESA &NASA/Solar Orbiter/Metis Team

Joindre les points

L'objectif scientifique principal de Solar Orbiter est d'explorer la connexion entre le soleil et l'héliosphère. L'héliosphère est la grande "bulle" d'espace qui s'étend au-delà des planètes de notre système solaire. Il est rempli de particules chargées électriquement, dont la plupart ont été expulsées par le soleil pour former le vent solaire. C'est le mouvement de ces particules et les champs magnétiques solaires associés qui créent la météo spatiale.

Pour tracer les effets du soleil sur l'héliosphère, les résultats des instruments in situ, qui enregistrent les particules et les champs magnétiques qui balayent le vaisseau spatial, doivent être retracés à des événements sur ou près de la surface visible du soleil, qui sont enregistrés par les instruments de télédétection.

Ce n'est pas une tâche facile car l'environnement magnétique autour du soleil est très complexe, mais plus le vaisseau spatial peut se rapprocher du soleil, moins il est compliqué de retracer les événements de particules jusqu'au soleil le long des "autoroutes" des lignes de champ magnétique. . Le premier périhélie en a été un test clé, et les résultats semblent jusqu'à présent très prometteurs.

Le 21 mars, quelques jours avant le périhélie, un nuage de particules énergétiques a balayé le vaisseau spatial. Il a été détecté par le détecteur de particules énergétiques (EPD). Fait révélateur, les plus énergiques d'entre eux sont arrivés en premier, suivis de ceux d'énergies de plus en plus faibles.

"Cela suggère que les particules ne sont pas produites à proximité du vaisseau spatial", explique Javier Rodríguez-Pacheco, Université d'Alcalá, Espagne, et PI d'EPD. Au lieu de cela, ils ont été produits dans l'atmosphère solaire, plus près de la surface du soleil. En traversant l'espace, les particules les plus rapides devançaient les plus lentes, comme des coureurs dans un sprint.

Le même jour, l'expérience Radio and Plasma Waves (RPW) les a vus arriver, captant le fort balayage caractéristique des radiofréquences produites lorsque des particules accélérées - principalement des électrons - tourbillonnent vers l'extérieur le long des lignes de champ magnétique du soleil. RPW a alors détecté des oscillations appelées ondes de Langmuir. "C'est un signe que les électrons énergétiques sont arrivés au vaisseau spatial", déclare Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, France, et RPW PI.

Parmi les instruments de télédétection, l'EUI et le spectromètre/télescope à rayons X (STIX) ont vu des événements sur le soleil qui auraient pu être responsables de la libération des particules. Bien que les particules qui s'écoulent vers l'espace soient celles que l'EPD et le RPW ont détectées, il est important de se rappeler que d'autres particules peuvent se déplacer vers le bas à partir de l'événement, frappant les niveaux inférieurs de l'atmosphère solaire. C'est là qu'intervient STIX.

Alors que EUI voit la lumière ultraviolette émise par le site de l'éruption dans l'atmosphère du soleil, STIX voit les rayons X qui sont produits lorsque les électrons accélérés par l'éruption interagissent avec les noyaux atomiques dans les niveaux inférieurs de l'atmosphère du soleil.

La manière exacte dont ces observations sont toutes liées est maintenant une question pour les équipes d'enquêter. La composition des particules détectées par l'EPD indique qu'elles ont probablement été accélérées par un choc coronal dans un événement plus graduel plutôt que de manière impulsive à partir d'une éruption.

Le pôle sud du soleil vu par le vaisseau spatial Solar Orbiter de l'ESA/NASA le 30 mars 2022, quatre jours seulement après que le vaisseau spatial a passé son point le plus proche du soleil. Ces images ont été enregistrées par l'Extreme Ultraviolet Imager (EUI) à une longueur d'onde de 17 nanomètres. Regardez la version du film ici. On pense que de nombreux secrets scientifiques sont cachés aux pôles solaires. Les champs magnétiques qui créent les grandes mais temporaires régions actives du soleil sont balayés jusqu'aux pôles avant d'être avalés dans le soleil où on pense qu'ils forment les graines magnétiques de l'activité solaire future. Les zones plus claires de l'image sont principalement créées par des boucles de magnétisme qui s'élèvent depuis l'intérieur solaire. Celles-ci sont appelées lignes de champ magnétique fermées car les particules ont du mal à les traverser et se retrouvent piégées, émettant le rayonnement ultraviolet extrême que EUI est spécialement conçu pour enregistrer. Les zones les plus sombres sont des régions où le champ magnétique du soleil est ouvert, et ainsi les gaz peuvent s'échapper dans l'espace, créant le vent solaire. À partir de 2025, Solar Orbiter utilisera l'attraction gravitationnelle de Vénus pour augmenter progressivement l'inclinaison de son orbite. Cela permettra aux instruments du vaisseau spatial d'étudier les pôles solaires d'un point de vue plus descendant. La couleur sur cette image a été artificiellement ajoutée car la longueur d'onde d'origine détectée par l'instrument est invisible à l'œil humain. Crédit :ESA &NASA/Solar Orbiter/EUI Team

"Il se peut que vous disposiez de plusieurs sites d'accélération", explique Samuel Krucker, FHNW, Suisse, et PI pour STIX.

Ajoutant une autre tournure à cette situation, c'est que l'instrument magnétomètre (MAG) n'a rien enregistré de substantiel à l'époque. Cependant, ce n'est pas inhabituel. L'éruption initiale de particules, connue sous le nom d'éjection de masse coronale (CME), porte un champ magnétique puissant que MAG peut facilement enregistrer, mais les particules énergétiques de l'événement se déplacent beaucoup plus rapidement que le CME et peuvent rapidement remplir de grands volumes d'espace, et donc être détecté par Solar Orbiter. "Mais si le CME rate le vaisseau spatial, alors MAG ne verra pas de signature", déclare Tim Horbury, Imperial College, Royaume-Uni, et MAG PI.

En ce qui concerne le champ magnétique, tout commence à la surface visible du soleil, connue sous le nom de photosphère. C'est là que le champ magnétique généré en interne éclate dans l'espace. Pour savoir à quoi cela ressemble, Solar Orbiter embarque l'instrument Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI). Cela peut voir la polarité magnétique nord et sud sur la photosphère, ainsi que l'ondulation de la surface du soleil due aux ondes sismiques traversant son intérieur.

"Nous fournissons les mesures du champ magnétique à la surface du soleil. Ce champ s'étend ensuite, pénètre dans la couronne et génère essentiellement tout l'éclat et l'action que vous voyez là-haut", déclare Sami Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen , l'Allemagne, et le PI pour PHI.

Un autre instrument, le Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), enregistre la composition de la couronne. Ces "cartes d'abondance" peuvent être comparées au contenu du vent solaire vu par l'instrument Solar Wind Analyzer (SWA).

"Cela permettra de suivre l'évolution de la composition du vent solaire du soleil au vaisseau spatial, et cela nous renseigne sur les mécanismes responsables de l'accélération du vent solaire", déclare SPICE PI Frédéric Auchère, Institut d'Astrophysique Spatiale, France .

Prévoir la météo spatiale

En combinant les données de tous les instruments, l'équipe scientifique sera en mesure de raconter l'histoire de l'activité solaire depuis la surface du soleil jusqu'à Solar Orbiter et au-delà. Et cette connaissance est exactement ce qui ouvrira la voie à un futur système conçu pour prévoir les conditions météorologiques spatiales sur Terre en temps réel. Avant le périhélie, Solar Orbiter a même eu un avant-goût du fonctionnement d'un tel système.

Le vaisseau spatial volait en amont de la Terre. Cette perspective unique signifiait qu'il surveillait les conditions du vent solaire qui frapperait la Terre plusieurs heures plus tard. Comme le vaisseau spatial était en contact direct avec la Terre, ses signaux voyageant à la vitesse de la lumière, les données sont arrivées au sol en quelques minutes, prêtes à être analysées. Par chance, plusieurs éjections de masse coronale (CME) ont été détectées à cette époque, certaines se dirigeant directement vers la Terre.

Le 10 mars, un CME a balayé le vaisseau spatial. En utilisant les données de MAG, l'équipe a pu prédire quand il toucherait ensuite la Terre. L'annonce de cette nouvelle sur les réseaux sociaux a permis aux observateurs du ciel de se préparer pour l'aurore, qui est dûment arrivée environ 18 heures plus tard à l'heure prévue.

Rejoindre les points d'un événement de particules énergétiques. Crédit :Agence spatiale européenne

Cette expérience a donné à Solar Orbiter un avant-goût de ce que c'est que de prévoir les conditions météorologiques spatiales sur Terre en temps réel. Une telle entreprise devient de plus en plus importante en raison de la menace que représente la météo spatiale pour la technologie et les astronautes.

L'ESA planifie actuellement une mission appelée ESA Vigil qui sera stationnée d'un côté du soleil pour observer la région de l'espace menant à la Terre. Son rôle sera d'imager les CME qui parcourent cette région, notamment celles qui se dirigent vers notre planète. Pendant le périhélie lui-même, Solar Orbiter a été positionné de manière à ce que ses instruments Metis et SoloHI puissent fournir exactement ce type d'images et de données.

Metis prend des photos de la couronne de 1,7 à 3 rayons solaires. En masquant le disque lumineux du soleil, il voit la couronne plus faible. "Cela donne les mêmes détails que les observations d'éclipses totales au sol, mais au lieu de quelques minutes, les Métis peuvent observer en continu", explique Marco Romoli, Université de Florence, Italie, et PI pour les Métis.

SoloHI enregistre des images constituées de la lumière du soleil diffusée par les électrons du vent solaire. Une éruption particulière, le 31 mars, est entrée dans la classe X, les éruptions solaires les plus énergétiques connues. Pour l'instant, les données n'ont pas été analysées car une grande partie reste sur le vaisseau spatial en attente d'être téléchargée. Maintenant que Solar Orbiter est plus éloigné de la Terre, le taux de transfert des données a ralenti et les chercheurs doivent être patients, mais ils sont plus que prêts à commencer leur analyse lorsqu'elle arrivera.

"Nous sommes toujours intéressés par les grands événements car ils produisent les réponses les plus importantes et la physique la plus intéressante car vous regardez les extrêmes", déclare Robin Colaninno, U.S. Naval Research Laboratory, Washington DC, et SoloHI PI.

Bientôt disponible

Il ne fait aucun doute que les équipes d'instruments ont maintenant du pain sur la planche. Le périhélie a été un énorme succès et a généré une vaste qualité de données extraordinaires. Et ce n'est qu'un avant-goût de ce qui est à venir. Déjà, le vaisseau spatial se précipite dans l'espace pour s'aligner pour son prochain passage au périhélie, légèrement plus proche, le 13 octobre à 0,29 fois la distance Terre-Soleil. Avant cela, le 4 septembre, il effectuera son troisième survol de Vénus.

Solar Orbiter a déjà pris ses premières images des régions polaires largement inexplorées du soleil, mais il reste encore beaucoup à faire.

Le 18 février 2025, Solar Orbiter rencontrera Vénus pour la quatrième fois. Cela augmente l'inclinaison de l'orbite du vaisseau spatial à environ 17 degrés. Le cinquième survol de Vénus le 24 décembre 2026 augmentera encore cette température à 24 degrés et marquera le début de la mission "haute latitude".

Dans cette phase, Solar Orbiter verra les régions polaires du soleil plus directement que jamais auparavant. De telles observations en ligne de visée sont essentielles pour démêler l'environnement magnétique complexe aux pôles, qui peut à son tour détenir le secret du cycle de 11 ans d'activité croissante et décroissante du Soleil.

"Nous sommes ravis de la qualité des données de notre premier périhélie", déclare Daniel Müller, scientifique du projet ESA pour Solar Orbiter. "C'est presque difficile de croire que ce n'est que le début de la mission. Nous allons vraiment être très occupés." + Explorer plus loin