Les scientifiques ont fait un pas de plus vers l’identification des origines mystérieuses du vent solaire « lent », en utilisant les données collectées lors du premier voyage rapproché du vaisseau spatial Solar Orbiter vers le soleil.
Le vent solaire, qui peut se déplacer à des centaines de kilomètres par seconde, fascine les scientifiques depuis des années et de nouvelles recherches publiées dans Astronomie naturellemet enfin en lumière sa formation.
Le vent solaire décrit l’écoulement continu de particules de plasma chargées du soleil vers l’espace, avec un vent se déplaçant à plus de 500 km par seconde appelé « rapide » et à moins de 500 km par seconde décrit comme « lent ».
Lorsque ce vent frappe l’atmosphère terrestre, il peut provoquer de superbes aurores que nous connaissons sous le nom d’aurores boréales. Mais lorsque de plus grandes quantités de plasma sont libérées, sous la forme d’une éjection de masse coronale, cela peut également être dangereux, causant des dommages importants aux satellites et aux systèmes de communication.
Malgré des décennies d’observations, les sources et les mécanismes qui libèrent, accélèrent et transportent le plasma du vent solaire loin du soleil vers notre système solaire ne sont pas bien compris, en particulier le vent solaire lent.
En 2020, l’Agence spatiale européenne (ESA), avec le soutien de la NASA, a lancé la mission Solar Orbiter. En plus de capturer les images du soleil les plus proches et les plus détaillées jamais prises, l’un des principaux objectifs de la mission est de mesurer et de relier le vent solaire à sa zone d’origine à la surface du soleil.
Décrit comme « le laboratoire scientifique le plus complexe jamais envoyé sur le Soleil », il existe dix instruments scientifiques différents à bord de Solar Orbiter, certains in situ pour collecter et analyser des échantillons du vent solaire lorsqu’il passe devant le vaisseau spatial, et d’autres instruments de télédétection conçus pour capturer des images de haute qualité de l’activité à la surface du soleil.
En combinant des données photographiques et instrumentales, les scientifiques ont pu, pour la première fois, identifier plus clairement l’origine du vent solaire lent. Cela les a aidés à comprendre comment il est capable de quitter le soleil et de commencer son voyage vers l’héliosphère, la bulle géante autour du soleil et de ses planètes qui protège notre système solaire du rayonnement interstellaire.
Le Dr Steph Yardley de l’Université de Northumbria à Newcastle upon Tyne a dirigé la recherche et explique : « La variabilité des flux de vent solaire mesurée in situ sur un vaisseau spatial proche du soleil nous fournit de nombreuses informations sur leurs sources, et bien que des études antérieures Si nous avons retracé les origines du vent solaire, cela a été fait beaucoup plus près de la Terre, date à laquelle cette variabilité a disparu.
« Comme Solar Orbiter se déplace si près du soleil, nous pouvons capturer la nature complexe du vent solaire pour avoir une image beaucoup plus claire de ses origines et de la manière dont cette complexité est motivée par les changements dans les différentes régions sources. »
On pense que la différence entre la vitesse du vent solaire rapide et lent est due aux différentes zones de la couronne solaire, la couche la plus externe de son atmosphère, d’où ils proviennent.
Trou coronal dans le Soleil. Crédit : Agence spatiale européenne (ESA)
La couronne ouverte fait référence aux régions où les lignes de champ magnétique s’ancrent au soleil à une seule extrémité et s’étendent dans l’espace à l’autre, créant ainsi une autoroute permettant à la matière solaire de s’échapper dans l’espace. Ces zones sont plus fraîches et seraient à l’origine du vent solaire rapide.
Pendant ce temps, la couronne fermée fait référence aux régions du soleil où ses lignes de champ magnétique sont fermées, ce qui signifie qu’elles sont connectées à la surface solaire aux deux extrémités. Celles-ci peuvent être vues comme de grandes boucles lumineuses qui se forment sur des régions magnétiquement actives.
Parfois, ces boucles magnétiques fermées se brisent, offrant une brève opportunité à la matière solaire de s’échapper, de la même manière qu’elle le fait à travers des lignes de champ magnétique ouvertes, avant de se reconnecter et de former à nouveau une boucle fermée. Cela se produit généralement dans les zones où se rencontrent la couronne ouverte et fermée.
L’un des objectifs de Solar Orbiter est de tester une théorie selon laquelle le vent solaire lent provient de la couronne fermée et est capable de s’échapper dans l’espace grâce à ce processus de rupture et de reconnexion des lignes de champ magnétique.
L’équipe scientifique a pu tester cette théorie en mesurant la « composition » des flux de vent solaire.
La combinaison d’ions lourds contenus dans la matière solaire diffère selon son origine ; la couronne la plus chaude et fermée par rapport à la couronne ouverte et plus froide.
Grâce aux instruments embarqués sur Solar Orbiter, l’équipe a pu analyser l’activité qui se déroule à la surface du soleil, puis la comparer aux flux de vent solaire collectés par le vaisseau spatial.
En utilisant les images de la surface du soleil capturées par Solar Orbiter, ils ont pu déterminer que les vents lents provenaient d’une zone où les couronnes ouverte et fermée se rencontraient, prouvant ainsi la théorie selon laquelle le vent lent est capable de s’échapper des lignes de champ magnétique fermées. à travers le processus de rupture et de reconnexion.
Comme l’explique le Dr Yardley, du groupe de recherche en physique solaire et spatiale de l’Université de Northumbria : « La composition variable du vent solaire mesurée par Solar Orbiter était cohérente avec le changement de composition entre les sources de la couronne.
« Les changements dans la composition des ions lourds ainsi que des électrons fournissent des preuves solides que non seulement la variabilité est due aux différentes régions sources, mais qu’elle est également due aux processus de reconnexion se produisant entre les boucles fermées et ouvertes de la couronne. »
La mission Solar Orbiter de l’ESA est une collaboration internationale, avec des scientifiques et des institutions du monde entier travaillant ensemble, apportant des compétences et des équipements spécialisés.
Daniel Müller, scientifique du projet Solar Orbiter de l’ESA, a déclaré : « Depuis le début, l’un des objectifs centraux de la mission Solar Orbiter a été de relier les événements dynamiques sur le soleil à leur impact sur la bulle de plasma environnante de l’héliosphère.
« Pour y parvenir, nous devons combiner les observations à distance du soleil avec des mesures in situ du vent solaire lorsqu’il passe devant le vaisseau spatial. Je suis extrêmement fier de toute l’équipe qui a réussi à réaliser ces mesures complexes.
« Ce résultat confirme que Solar Orbiter est capable d’établir des connexions solides entre le vent solaire et ses régions sources sur la surface solaire. Il s’agissait d’un objectif clé de la mission et nous ouvre la voie à une étude de l’origine du vent solaire avec des détails sans précédent. «
Parmi les instruments à bord de Solar Orbiter se trouve le capteur d’ions lourds (HIS), développé en partie par des chercheurs et des ingénieurs du laboratoire de recherche en physique spatiale de l’Université du Michigan, au sein du département des sciences et de l’ingénierie du climat et de l’espace. Le capteur a été conçu pour mesurer les ions lourds présents dans le vent solaire, ce qui peut être utilisé pour déterminer la provenance du vent solaire.
« Chaque région du Soleil peut avoir une combinaison unique d’ions lourds, qui détermine la composition chimique d’un courant de vent solaire.
« Comme la composition chimique du vent solaire reste constante à mesure qu’il se propage dans le système solaire, nous pouvons utiliser ces ions comme empreinte digitale pour déterminer l’origine d’un flux spécifique de vent solaire dans la partie inférieure de l’atmosphère solaire. » a déclaré Susan Lepri, professeur de sciences et d’ingénierie du climat et de l’espace à l’Université du Michigan et chercheuse principale adjointe du capteur d’ions lourds.
Les électrons présents dans le vent solaire sont mesurés par un système d’analyse d’électrons (EAS), développé par le laboratoire de sciences spatiales Mullard de l’UCL, dont le Dr Yardley est membre honoraire.
Le professeur Christopher Owen, de l’UCL, a déclaré : « Les équipes d’instruments ont passé plus d’une décennie à concevoir, construire et préparer leurs capteurs pour le lancement, ainsi qu’à planifier la meilleure façon de les faire fonctionner de manière coordonnée. Il est donc très gratifiant de voir maintenant les données sont rassemblées pour révéler quelles régions du soleil entraînent le vent solaire lent et sa variabilité.
Le capteur Proton-Alpha (PAS), qui mesure la vitesse du vent, a été conçu et développé par l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de l’Université Paul Sabatier à Toulouse, en France.
Ensemble, ces instruments constituent la suite de capteurs Solar Wind Analyser à bord de Solar Orbiter, pour laquelle le professeur Owen de l’UCL est le chercheur principal.
Parlant des projets de recherche futurs, le Dr Yardley a déclaré : « Jusqu’à présent, nous n’avons analysé les données de Solar Orbiter de cette manière que pour cet intervalle particulier. Il sera très intéressant d’examiner d’autres cas utilisant Solar Orbiter et de faire également une comparaison avec ensembles de données provenant d’autres missions rapprochées telles que la sonde solaire Parker de la NASA.
Plus d’information:
La connectivité multi-sources comme moteur de la variabilité du vent solaire dans l’héliosphère, Astronomie naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41550-024-02278-9. www.nature.com/articles/s41550-024-02278-9