La sonde Parker de la NASA observe la fournaise solaire à une distance jamais approchée

Lancé le 12 août 2018, la sonde Parker (« Parker Solar Probe », « PSP ») approchera du Soleil Le 1er septembre, à une distance jamais atteinte.

Partager sur:
Sauvegarder cet article
Aimer cet article 0
Parker Solar Probe by NASA (CC BY-NC-ND 2.0)

Promouvoir la liberté n’est pas gratuit

Mais cela peut aider à réduire vos impôts de 66%

Faites un don dès maintenant

Faire un don

La sonde Parker de la NASA observe la fournaise solaire à une distance jamais approchée

Publié le 19 août 2019
- A +

Par Pierre Brisson.

Le 1er septembre, la sonde Parker (« Parker Solar Probe », « PSP ») approchera du Soleil à une distance jamais atteinte par aucun instrument actif d’observation construit par l’homme. Ce n’est pas seulement un exploit technique, c’est aussi la promesse d’une avancée capitale de nos connaissances dans un domaine scientifique essentiel à notre survie et à notre action dans l’univers.

La NASA a lancé la sonde le 12 août 2018, en présence de l’homme dont elle porte le nom, Eugene Parker, astrophysicien, spécialiste du Soleil. C’est la première fois qu’elle donne à une de ses sondes ou satellites le nom d’une personne encore vivante (Eugene Parker est né en 1927).

C’est un magnifique hommage à une personne exceptionnelle car Eugene Parker a été un pionnier et, comme souvent, assez mal reçu par ses pairs (il n’a été publié que grâce à l’intervention de Subrahmanyan Chandrasekhar !). La raison de cet hommage est que c’est au milieu des années 1950 qu’Eugene Parker a en effet déduit de ses recherches théoriques, dénigrées à l’époque, l’existence d’un « vent solaire », d’une magnétosphère propre à l’astre et de sa forme (devenue « spirale de Parker »). Plus tard, en 1987, il a proposé une explication, acceptée largement aujourd’hui, de l’origine de la couronne solaire, les nano-éruptions (« nanoflares »).

Les objectifs scientifiques de la mission actuelle sont donc, naturellement, de vérifier la théorie et d’aller plus loin. Il s’agit plus précisément de :

  • déterminer la structure et l’évolution des champs magnétiques à l’origine de la projection des particules du vent solaire (un plasma constitué de protons c’est-à-dire de noyaux d’hydrogène ionisés, et d’électrons) ;
  • tracer les flux d’énergies provenant de la chromosphère pour comprendre le réchauffement de la couronne jusqu’à plusieurs millions de degrés alors que la température de surface évolue entre 4000 et 6000°K ;
  • déterminer le processus à l’origine de l’accélération dans la couronne du transport des particules du vent solaire (NB : il passe dans l’environnement terrestre à une vitesse de 500 km/s) ;
  • d’étudier autant que possible une étoile assez banale, relativement peu massive et située au milieu de la séquence principale de Hertzsprung-Russell, le Soleil étant la seule que l’on puisse approcher d’aussi près.

Pour atteindre ces objectifs, la sonde Parker dont le coordinateur de réalisation, opérateur de mission et utilisateur principal des données est le John Hopkins University Applied Physics Laboratory (responsable scientifique Arik Posner), a embarqué quatre « suites » d’instruments nommées SWEAP, ISIS, WISPR, FIELDS. Voyons leurs fonctions.

SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons Investigation) aura pour but de compter les différents éléments du vent solaire et de mesurer leurs propriétés (vitesse, densité, température). L’instrument est en deux parties, complémentaires, la Solar Probe Cup, « SPC », un collecteur placé dans le cône tronqué derrière le bouclier thermique et le Solar Probe Analyser, « SPAN », placé dans la partie haute du cylindre de la sonde. Il a été développé par l’Université du Michigan avec le concours du Smithonian Astrophysical Observatory (Cambridge, Mass.) et de l’Université de Californie, Berkeley.

ISIS (Integrated Science Investigation of the Sun) observera les électrons, protons et ions lourds accélérés à des énergies élevées (10 KeV à 100 MeV) dans l’atmosphère coronale et les mettra en rapport avec le vent solaire et les structures coronales. L’instrument se trouve dans la partie haute du cylindre de la sonde, avant SWEAP-SPAN. Il a été développé principalement par l’Université Princeton.

WISPR (Wide Field Imagers for Solar Probe) est un groupe de télescopes qui prendront des photos de la couronne solaire et de la naissance de l’héliosphère pour capter tout événement, structure, dépôt, impact à l’approche et au passage de la sonde. L’instrument se trouve dans le bas du cylindre de la sonde, après SWEAP-SPC. Il a été développé par le Naval Research Laboratory.

FIELDS (Fields Experiment) effectuera des mesures directes des champs et ondes électriques et magnétiques, des flux de Poynting (qui indiquent la direction de propagation des ondes électromagnétiques), de la densité du plasma et des fluctuations de densité. L’instrument qui comprend plusieurs types de magnétomètres, se trouve sur la perche dans la queue de la sonde. Il a été développé par l’Université de Berkeley.

Compte tenu de ce qu’elle doit approcher au plus près de la Couronne, la difficulté majeure de la mission est de protéger efficacement la sonde de la chaleur. La Couronne à une forme variable en fonction des changements largement imprévisibles dans la configuration des lignes de champ magnétique. Elle peut s’étendre au-delà d’une dizaine de rayons solaires (Mercure évolue à 88 rayons solaires en moyenne) et sa température peut monter jusqu’à plusieurs millions de degrés (mais attention, la densité du plasma au contact serait très faible et donc l’effet chaleur réduit). Or la sonde Parker prévoit plusieurs passages au périhélie à 9,86 rayons solaires seulement.

On a donc prévu une protection thermique extraordinaire, la « TPS » (Thermal Protection System). C’est un bouclier de 11,43 cm d’épaisseur et 2,3 mètres de diamètre (permettant d’éviter que les émissions solaires atteignent directement les instruments et les équipements embarqués, sauf lors des prises de données) constitué de mousse de carbone enveloppée dans un composite carbone-carbone et recouvert, côté Soleil, d’une couche d’alumine. La sonde est aussi équipée d’un liquide refroidissant (de l’eau sous pression !). Cela permet de maintenir les instruments et les équipements à l’intérieur de la sonde à une température maximum de seulement 29°C lorsque la face vers le Soleil est portée à 1400°K (1126°C). Ses concepteurs ont prévu que la sonde puisse résister à des températures de 1650°C.

Bien sûr il faut espérer éviter qu’elle se trouve prise dans les éjections d’une éruption solaire assez dense (une “CME” pour “Coronal Mass Ejection”) mais une partie de la solution est aussi la réduction du temps de passage dans l’enfer (la durée maximum de « séjour » à moins de 0,3 UA est de 110 heures). Par ailleurs l’architecture de vol est prévue pour que le bouclier fasse constamment face au disque solaire (les variations d’orientation doivent être inférieures à un degré) et en dessous de 0,1 UA (un tiers de la distance de Mercure au Soleil qui est à 88 rayons solaires du Soleil) les organes de prise de données sont exposés au minimum avec possibilité de les abriter à l’intérieur de la sonde lorsqu’ils ne sont pas utilisés. Les deux panneaux solaires, d’une surface totale de 1,55 m2 (la lumière est la source d’énergie de la sonde), sont rétractables et placés dans l’ombre du bouclier à l’approche du Soleil.

La mission a été prévue en fonction de ces exigences d’approche autant que possible et de protection autant que nécessaire. La maturation a été longue comme la plupart des missions spatiales. Elle a été prise en considération dès 1958 par le National Research Council mais elle n’est devenue une priorité forte qu’en 2003, pour être logée dans le programme « Living with a Star » de la NASA (la star c’est évidemment notre Soleil !).

La première version en 2004 « Polar Solar Probe » prévoyait de descendre jusqu’à 4 rayons solaires ; elle fut abandonnée car estimée trop chère (devisée à 1,1 milliard de dollars, hors lancement). Outre son ambition concernant l’approche, l’intérêt était d’observer la région des pôles du Soleil, ce qui aurait donné un point de vue utile du champ magnétique. Le nouveau projet, l’actuelle mission PSP, a été étudié à partir de 2008. Cette fois-ci les chiffres ont été jugés plus acceptables et effectivement acceptés en 2014 : 750 millions plus 530 millions pour les études préliminaires, le lancement et la gestion opérationnelle. À noter, ce qui est rare, que la mission est quasi exclusivement américaine.

Le principe est de faire décrire à la sonde des orbites en ellipses dans le plan de l’écliptique, allant de l’orbite de Vénus à la face opposée du Soleil, en les resserrant progressivement en utilisant la planète Vénus pour la freiner (sept survols) et pour qu’elle puisse ainsi descendre plus profondément vers le Soleil. Au total, entre 2018 et 2025 la sonde doit décrire 24 ellipses tendant vers 88 jours chacune (seuls les dernières, plus courtes) et les 24 périhélies (passage au plus près du Soleil) doivent s’effectuer à moins de 0,17 UA (25 millions de km) de ce dernier dont 3 passages à 0,045 UA soit 9,68 rayons solaires ou 6,16 millions de km seulement. Il fera chaud !

Outre la chaleur, un second problème est la vitesse de la sonde qu’il faut combiner avec la force d’attraction solaire. La sonde est arrivée à grande vitesse dans l’environnement de Vénus (nécessaire pour rejoindre la planète). Le second étage du lanceur Delta IV Heavy utilisé à cet effet est particulièrement puissant puisqu’il a donné au vaisseau spatial de 685 kg une vitesse de 12,4 km/s en plus de la vitesse de libération de 11,2 km/s. Le passage au périhélie est moins rapide (195 km/s au lieu de 308 km/s) pour la sonde Parker que pour la PSP ce qui permet de collecter plus de données (celles-ci sont bien entendu stockées dans la région du périhélie et diffusées vers la Terre – « science data downlink periods » – dès que la sonde se trouve dans un environnement sûr en allant vers son aphélie).

Au cours du freinage la sonde devient plus sensible à l’attraction solaire (force de 274 m/s2 contre 9,8 m/s2 pour la Terre) et s’en approche. Le pilotage astronautique est très délicat ! Il s’agit de céder un peu de vitesse mais pas trop. Si l’on ralentissait trop à l’aphélie, la sonde serait capturée par le Soleil au périhélie et disparaîtrait corps et bien dans la fournaise.

Il y aura rapidement une suite ou si l’on préfère, un complément, aux observations de la sonde Parker puisque l’ESA doit lancer en 2020 la sonde Solar Orbiter. Celle-ci aura une orbite polaire mais s’approchera moins du Soleil, seulement à 55 rayons solaires. On déjeune avec le diable avec une très longue cuillère et on avance vers la table avec prudence ! Le passage au périhélie de la sonde Parker le 1er septembre sera le troisième, à 35 rayons solaires. Les 21 autres passages se feront de plus en plus près.

Illustration ci-dessous : les orbites de la sonde Parker. Vous remarquerez qu’elles se resserrent petit à petit, entre l’orbite de Vénus et le côté opposé du Soleil. Le troisième périhélie (1er septembre 2019) sera comme les deux premiers à 35 rayons solaires, les périhélies 4 et 5 seront à 27 Rs, les 6 et 7 à 20 Rs, les 8 et 9 à 15 Rs, les 10 à 16 à 11 ou 12 Rs, les 17 à 21 à 10 et les trois derniers, en-dessous de 10.

Illustration ci-dessous : orientation de la sonde et évolution du déploiement des panneaux solaires au cours de chaque orbite ; crédit NASA /JHUAPL. Vous remarquerez que le bouclier thermique est toujours orienté vers le Soleil :

 

Sur le web

Voir les commentaires (12)

Laisser un commentaire

Créer un compte Tous les commentaires (12)
  • compliqué tout ça pour mon petit cerveau , mais tellement passionnant ;

  • Merci pour cet article fort intéressant.
    Notre astre est loin d’être le diable, c’est même notre créateur, un dieu pour certaines civilisations
    Le soleil représente 99,85 de ma masse de notre système entier, mais c’est le CO2 qui représente 0,04 de l’atmosphère terrestre qui pilote tout : le climat , la politique, la religion, etc…
    Hahaha

  • Merci monsieur Parker 🙂

  • Excellent article ! très documenté, très érudit qui nous apprend beaucoup grâce à l’excellente pédagogie de Mr Brisson – C’est tout simplement passionnant et la note d’humour me ravit ! BRAVO Monsieur !

  • Superbe expérience. J’espère que la sonde ne finira pas fondue comme les ailes d’Icare!

  • Très intéressant pour les curieux en sciences, merci !

  • Bien entendu c’est un fantastique exploit humain …mais qu’attend t on d’une telle experience et pour quelles retombees pratiques …dans la connaissance de l’univers….je suis resté sur ma faim…..et c’est tant mieux ,la recherche d’informations est tellement instructive.
    Un article fort intéressant !

    • à Réactitude: Merci de votre intérêt.
      Les deux apports que l’on attend dans le domaine de la connaissance sont (1) la meilleure compréhension du fonctionnement d’une étoile;
      (2) la meilleure connaissance du medium intergalactique, « IGM » (noyaux d’atomes et électrons, séparés donc ionisés), tant en ce qui concerne sa densité que sa magnétisation.
      Les deux ne sont pas négligeables. Pour ce qui concerne l’étoile, l’anticipation des tempêtes solaires serait importante pour notre vie sur Terre (télécommunications). Pour ce qui concerne l’IGM cela nous permettrait de mieux appréhender (intellectuellement) la masse de l’univers et donc notre destin.

  • Dans de telles conditions, il serait étonnant que cette sonde ne tombe pas en panne!

    • Certes le risque de « panne » (en fait destruction par combustion) est important mais il faut voir que déjà deux approches ont eu lieu et que la troisième se prépare. Plus on passe d’obstacles plus la quantité de données recueillies augmente et plus on aura appris sur le soleil.

  • Les commentaires sont fermés.

Promouvoir la liberté n’est pas gratuit

Mais cela peut aider à réduire vos impôts de 66%

Faites un don dès maintenant

Faire un don

Mission réussie ! La NASA a annoncé que le vaisseau de la mission Dart a réussi à dévier l'astéroïde Dimorphos de sa trajectoire en percutant sa cible lors du test fin septembre.

C’est une nouvelle menace contre l’humanité qui semble s’éloigner grâce au génie humain, à mille lieues du pessimisme médiatico-politique général.

🌑🛰️La mission #DART est un succès ! Les astronomes ont constaté que le petit astéroïde Dimorphos impacté par la sonde DART tourne désormais 32 minutes plus vite autour de Didymos.... Poursuivre la lecture

L'ESA souhaite plus d'argent. Développons plutôt une industrie spatiale et des partenariats comme aux USA. Et si on s'inspirait du modèle capitaliste américain, plutôt que d'attendre tout de l’État ?

 

La dépense publique pour l’espace, un geste sans possibilité de résultat

Dans un article daté du 13 septembre La Tribune rapporte que le directeur de l’ESA (Agence Spatiale Européenne), Joseph Aschbacher, veut obtenir des états membres[1. L’ESA, European Space Agency est financée par ses 22 États membres (et quelques États co... Poursuivre la lecture

Le 14 juillet l’Agence spatiale européenne (ESA)[1. L’ESA n’est pas tout à fait l’Union européenne. Elle comprend 22 membres : Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Estonie, Finlande,  France, Grèce, Hongrie, Irlande, Italie, Luxembourg, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal,  Roumanie, Royaume-Uni, Suède, République Tchèque et Suisse. Le Canada est « membre associé ».] a mis un terme définitif à sa coopération avec Moscou. C’est encore une décision politique stupide dans un domaine, la science, où la politique ne devrait pas inter... Poursuivre la lecture

Voir plus d'articles