Solar Orbiter: une sonde pour percer les mystères du Soleil

Publié par Adrien le 08/02/2020 à 08:00
Source: Observatoire de Paris
Le lancement de la sonde Solar Orbiter de l'Agence spatiale européenne (ESA) est prévu le 10 février 2020 à 5h03 (CET) à Cap Canaveral en Floride. Son instrument RPW traquera les ondes radio et plasma de notre étoile pour en percer les mystères.

Le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) la plus proche de nous, renferme encore plusieurs énigmes. Pourquoi la couronne du Soleil est-elle tellement plus chaude que sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) ? Comment le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont...) est-il accéléré ? Quelles sont les sources des particules solaires à haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) ? La plus ambitieuse mission d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) européenne du Soleil va tenter d'y répondre.

L'objectif principal de cette mission scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) est de mieux comprendre comment le Soleil génère le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) solaire et l'héliosphère (L'héliosphère est une zone en forme de bulle allongée dans l'espace, engendrée...), cette enveloppe magnétique - porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est...) de ce vent - dans laquelle baigne et interagit tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) notre Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...). Seront aussi scrutées la source du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) solaire et ses variations au cours du cycle d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) solaire d'environ 11 ans. Le mécanisme des éruptions solaires sera particulièrement étudié et pourrait aider à mieux prévoir les tempêtes solaires et les effets perturbateurs sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et sur nos satellites.

RPW, l'un des 10 instruments scientifiques de la sonde


Les 10 instruments de Solar Orbiter.
ESA-S.Poletti

Parmi les 10 instruments de Solar Orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open...), le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) (LESIA, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) - PSL/CNRS/ Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Université/Université de Paris) est responsable de l'instrument RPW (Radio & Plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) Waves), l'analyseur d'ondes radio et de plasma, en collaboration avec un consortium scientifique international (détaillé ci-après) dirigé par Milan (Milan (en italien Milano, du latin Mediolanum, en lombard Milàn) se situe dans le nord de...) Maksimovic, investigateur principal (PI) directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) - PSL.

Depuis 2006, en France, une cinquantaine de personnes du LESIA, du Laboratoire de Physique des Plasmas (La physique des plasmas est la branche de la physique qui étudie les propriétés, la...) (LPP, CNRS/École polytechnique/Sorbonne Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) /Université Paris-Saclay/Observatoire de Paris - PSL) à Palaiseau, du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) et de l'espace (LPC2E, CNRS/Université d'Orléans/CNES) à Orléans, et des ingénieurs du CNES à Toulouse, ont contribué à la mise au point (Graphie) et à la construction de cet instrument, à la pointe de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) spatiale.


Séquence de lancement et déploiement de Solar Orbiter.
ESA-S.Poletti

L'instrument RPW se compose d'un boitier électronique complexe de 7 kg au coeur de la sonde, bien protégé par son bouclier thermique (Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger...), et relié à plusieurs types de capteurs externes: le capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) magnétique SCM, situé sur le mât (Le mât est un espar vertical (mis à part le beaupré) servant à soutenir les voiles sur un...) du satellite (Satellite peut faire référence à :) à deux mètres de la plateforme, et trois antennes électriques de 6,5 m de long. L'instrument mesure ainsi les champs magnétiques et électriques au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) de la sonde afin d'étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) du vent solaire, ce jet de particules chargées -du plasma- émis par notre étoile.

"La physique solaire ne sait toujours pas répondre à plusieurs questions posées depuis 80 ans, souligne Milan Maksimovic. Pourquoi la couronne du Soleil, c'est-à-dire l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de notre étoile, est infiniment plus chaude (environ 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) de degrés C), que la surface du Soleil (5500° C) ? Comment le vent solaire est-il accéléré dans la couronne solaire (La couronne solaire est la partie de l'atmosphère du Soleil située au-delà de la chromosphère...) à des vitesses supersoniques de 800 km/s ? Quel mécanisme déclenche les éruptions solaires, qui peuvent avoir des conséquences sur les télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...) en particulier ? Enfin, comment fonctionne précisément la dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en...) solaire, qui génère le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique du Soleil dont la direction s'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) tous les 11 ans ?"

Solar Orbiter, de la taille d'une camionnette (Une camionnette, ou fourgonnette, est un véhicule de transport automobile, circulant sur les...) avec une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de 1,6 tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large...) au lancement, aura la particularité de combiner simultanément des mesures in situ de son environnement sur une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) relativement proche du Soleil et des observations à distance du Soleil (à seulement 42 millions de km au lieu de 150 millions de km, distance Terre-Soleil). La sonde devra affronter des températures variant de - 150˚C à + 500˚C et de puissants bombardements de particules solaires énergétiques.

Au cours de son périple (Avant de désigner un voyage (agréable ou non, court ou long, sur mer ou non, effectif ou...) prévu pour une dizaine d'années, Solar Orbiter utilisera la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de Vénus et de la Terre pour élever progressivement son orbite par rapport au plan de l'écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du...) (33°), et ainsi accéder à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) des régions du Soleil de plus hautes latitudes.

Avec la participation de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), le coût de cette mission est estimée à 1,5 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent...) d'euros. Une fois en orbite opérationnelle, Solar Orbiter travaillera en tandem avec la sonde solaire de la NASA, Parker Solar Probe, lancée en août 2018. Grâce à ses imageurs et télescopes multi-longueurs d'ondes, la sonde européenne contribuera quant à elle à visualiser l'environnement spatial dans lequel la sonde américaine collectera des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) à une distance encore plus proche du soleil, en frôlant notre étoile à moins de 7 millions de km.

Le consortium de l'instrument RPW

Le consortium de l'instrument RPW regroupe les laboratoires suivants:
- LESIA (Observatoire de Paris - PSL / CNRS / Sorbonne Université / Université de Paris);
- CNES, Toulouse;
- LPC2E, Orléans, (CNRS / Université d'Orléans / CNES);
- LPP (CNRS / École polytechnique / Sorbonne Université / Université Paris-Saclay / Observatoire de Paris - PSL);
- IRF, Uppsala & KTH, Stockholm (Suède);
- IAP & Astronomical Institute, Prague (République Tchèque);
- IWF, Graz (Autriche);
- University of California Berkeley (USA).

Le LESIA est responsable (PI) de l'instrument RPW (Radio & Plasma Waves) développé et conçu par le Centre national d'études spatiales (CNES). Les objectifs scientifiques de cet instrument, permettant à la fois des observations in situ et de télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition...) (émissions radio solaires), sont de mesurer d'une part les ondes électriques depuis le continu jusqu'à 16 MHz et d'autre part les ondes magnétiques depuis quelques Hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du...) jusqu'à 500 kHz.

Le LPC2E a conçu et réalisé le capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) de champ magnétique alternatif SCM de RPW, qui caractérisera les variations du champ magnétique et permettra de comprendre la dynamique du vent solaire. SCM se situe à 2 mètres de la plateforme au milieu d'un mât déployable. Il sera ainsi dans l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...) du bouclier thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) qui protège la plateforme, soumis à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) extérieure de -145°C mais ramenée à -50°C grâce à un système de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) et une couverture thermique. Suivre SCM sur Twitter (Twitter est un outil de réseau social et de microblogage qui permet à...): @SolarOrbiter_SCM

Le LPP a conçu et réalisé le sous-système LFR (Low Frequency Receiver) de RPW pour le traitement à bord des mesures d'ondes électromagnétiques et le système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement...) des électrons du spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) EAS (Electron Analyzer Sensor) qui fait partie de l'instrument SWA (Solar Wind (WIND est un satellite de la NASA lancé le 1er novembre 1994 depuis la base de Cape Canaveral...) Analyzer). L'analyseur LFR est basé sur un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de...) de signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) FPGA de basse consommation. Il réduit la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de données transmises au sol tout en optimisant la valeur scientifique de ces dernières. Il délivre une large palette de produits allant de la simple forme d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) à des spectres élaborés.

Le LPP et le LESIA sont membres de PLAS@PAR, fédération de recherche en physique des plasmas.
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