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 centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...), l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche...) 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 plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) ? Comment le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le...) 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 chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) ? 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 se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) 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 d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et...) solaire et l'héliosphère, cette enveloppe magnétique - porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est modulée par le signal utile (audio, vidéo, données) en vue, soit de sa diffusion au moyen...) 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 l'univers.) notre Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de...). Seront aussi scrutées la source du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) 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 croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....) 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, 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 interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) (LESIA, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant...) - PSL/CNRS/ Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège dédié à la...) 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 (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant...) 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 l'Italie. Capitale de la région de Lombardie, au centre de la...) Maksimovic, investigateur principal (PI) directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) - PSL.

Depuis 2006, en France, une cinquantaine de personnes du LESIA, du Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) des Plasmas (LPP, CNRS/École polytechnique/Sorbonne Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) /Université Paris-Saclay/Observatoire de Paris - PSL) à Palaiseau, du Laboratoire de physique et de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec...) de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) 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 une partie d'un engin spatial contre l'échauffement...), 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 grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, 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 bateau à voiles. De manière générale, c'est un pylône vertical.) 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 topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui...) de la sonde afin d'étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) 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 mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) 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 et qui s'étend sur des millions de kilomètres en se diluant...) 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 d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme...) en particulier ? Enfin, comment fonctionne précisément la dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Elle a été inventée en Belgique...) 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 composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) 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 routes et principalement destiné aux marchandises....) avec une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) de 1,6 tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En...) 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 autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) 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 spirituel) et ce que celui-ci peut compter comme escales, rencontres et aventures, le périple...) 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 soleil vue de la Terre. Plus précisement, il s'agit de l'intersection de la sphère...) (33°), et ainsi accéder à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) des régions du Soleil de plus hautes latitudes.

Avec la participation de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...), 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 quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède...) 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 codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...) 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 d'informations sur un objet ou un phénomène, par l'intermédiaire d'un instrument de mesure n'ayant pas de contact...) (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 système international (SI). Elle est équivalente à une oscillation par seconde (s-1 ou 1⁄s).) 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 grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure,...) 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 partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur laquelle se...) du bouclier thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) qui protège la plateforme, soumis à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) 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 matériau.) et une couverture thermique. Suivre SCM sur Twitter (Twitter est un outil de réseau social et de microblogage qui permet à l’utilisateur d’envoyer gratuitement des messages brefs, appelés...): @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 automatiquement par le biais d'un appareil électronique ou mécanique. On peut distinguer plusieurs types de systèmes de détection, qui s'inscrivent...) des électrons du spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en...) 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 par un lanceur Delta II. De forme cylindrique de 2,4...) Analyzer). L'analyseur LFR est basé sur un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques. Avec la mémoire...) de signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à...) FPGA de basse consommation. Il réduit la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) 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 de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) à des spectres élaborés.

Le LPP et le LESIA sont membres de PLAS@PAR, fédération de recherche en physique des plasmas.
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.867 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique