Cartographier le meilleur itinéraire pour un vaisseau spatial voyageant au-delà de la sphère d’influence du soleil

L’héliosphère, constituée du vent solaire, des transitoires solaires et du champ magnétique interplanétaire, agit comme le bouclier personnel de notre système solaire, protégeant les planètes des rayons cosmiques galactiques. Ces particules extrêmement énergétiques s’accéléraient vers l’extérieur à la suite d’événements tels que les supernovas et causeraient d’énormes dégâts si l’héliosphère ne les absorbait pas en grande partie.

Actuellement, la communauté scientifique ne parvient pas à parvenir à un consensus sur les limites ou les contours de cet espace protégé et explore des concepts de mission pour une sonde interstellaire qui voyage au-delà de la sphère d’influence du soleil pour répondre à ces questions.

Une étude menée par l’Université du Michigan publié dans Frontières de l’astronomie et des sciences spatiales fournit des recommandations pour maximiser les mesures scientifiques afin de mieux comprendre la taille et la forme de notre maison dans l’héliosphère depuis l’extérieur.

« Sans une telle mission, nous sommes comme des poissons rouges essayant de comprendre le bocal à poissons de l’intérieur », a déclaré Sarah A. Spitzer, chercheuse postdoctorale à l’UM et première auteure de l’étude.

« Nous voulons savoir comment l’héliosphère protège les astronautes et la vie en général des radiations galactiques nocives, mais c’est difficile à faire quand nous ne connaissons même pas la forme de notre bouclier », a déclaré Marc Kornbleuth, chercheur à l’Université de Boston. et co-auteur de l’étude.

Selon l’étude, la meilleure voie de sortie possible passe par la queue de l’héliosphère.

L’interaction de l’héliosphère avec le milieu interstellaire local (un matériau composé de plasma, de poussière et de particules neutres remplissant l’espace entre les astrosphères) forme la forme de notre héliosphère et influence la composition de l’environnement spatial au sein du système solaire, y compris près de la Terre. . Actuellement, les modèles prédisent que l’héliosphère pourrait prendre des formes sphériques, étirées et en forme de croissant.

Aucune détermination définitive de la forme de l’héliosphère ne peut être effectuée sans mesures supplémentaires en dehors de l’héliosphère.

« Une future mission de sonde interstellaire sera notre première opportunité de vraiment voir notre héliosphère, notre maison, de l’extérieur, et de mieux comprendre sa place dans le milieu interstellaire local », a déclaré Spitzer.

Jusqu’à présent, les vaisseaux spatiaux Voyager 1 et 2 sont les seules missions à avoir potentiellement quitté l’héliosphère. Aujourd’hui, 46 ans après son lancement en 1977, le vaisseau spatial a largement dépassé la durée de vie prévue de sa mission et ne peut plus fournir les mesures complètes du plasma nécessaires à l’amélioration de notre compréhension des limites de l’héliosphère.

Une future mission de sonde interstellaire vise à voyager au-delà de l’héliosphère pour collecter des échantillons du milieu interstellaire local. UN rapport de concept de mission de 2021 impliquant la collaboration de plus de 1 000 scientifiques, ils ont discuté de la charge utile, du lanceur et des aspects techniques de diverses trajectoires. Cependant, ce rapport suppose qu’une trajectoire de sonde proche de 45 degrés du nez de l’hélioqueue, ou de l’avant du mouvement directionnel du soleil, est optimale.

Contestant cette hypothèse, l’équipe de recherche a analysé le mérite scientifique de six trajectoires possibles de sondes interstellaires allant du nez à la queue. Les chercheurs ont conclu qu’une trajectoire coupant le flanc de l’héliosphère vers l’arrière fournirait la meilleure perspective sur la forme de l’héliosphère et maximiserait les résultats scientifiques.

« Si vous voulez savoir jusqu’où s’étend votre maison, sortir par la porte d’entrée et prendre une photo depuis le trottoir n’est probablement pas votre meilleure option. La meilleure façon est de sortir par la porte latérale pour voir combien de temps c’est d’avant en arrière », a déclaré Kornbleuth.

En outre, les modèles suggèrent que le plasma interstellaire pourrait être injecté directement dans l’héliosphère par la queue, offrant ainsi la possibilité d’échantillonner le plasma interstellaire à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de notre héliosphère. Pour mieux comprendre l’interaction de l’héliosphère avec le milieu interstellaire, les chercheurs recommandent également de collecter des mesures scientifiques lors de futures missions aux confins de l’héliosphère.

« Cette analyse a demandé beaucoup de persévérance. Elle a commencé modestement et est devenue une ressource précieuse pour la communauté », a déclaré Susan Lepri, professeur de sciences et d’ingénierie du climat et de l’espace à l’UM et dernière auteure de l’étude.

Au cours de son voyage de 46 ans, le vaisseau spatial Voyager a parcouru environ 163 unités astronomiques (15,2 milliards de miles) de la Terre. À l’avenir, une future sonde interstellaire sera conçue pour une mission de 50 ans destinée à parcourir environ 400 unités astronomiques et pourrait même durer jusqu’à environ 1 000 unités astronomiques, offrant ainsi une vue sans précédent de notre héliosphère et du milieu interstellaire au-delà.