Astronomie : la sonde Solar Orbiter est sur le point de changer notre vision du Soleil

Lundi 10 février 2019, à 5h03 (heure de Paris), une fusée a transpercé le ciel étoilé de Floride avec à son bord une sonde spatiale qui s'apprête à vivre une aventure hors du commun, partir à la rencontre de notre Soleil.

Même si cette étoile illumine chaque jour notre ciel, nous ne la connaissons que sous un seul angle : de face, depuis le plan d'orbite des planètes. C'est précisément ce que SolO, la sonde Solar Orbiter de l'Agence spatiale européenne (ESA), est sur le point de changer, car elle a été conçue pour effectuer une reconnaissance détaillée du Soleil grâce à laquelle nous pourrons jeter un œil à ses régions polaires autrefois invisibles.

Depuis ce point d'observation inédit, les 10 instruments embarqués par SolO permettront de mener l'enquête sur les courants de particules énergétiques émis à travers notre système planétaire par le Soleil, plus connus sous le nom de vent solaire. Ces outils permettront également aux scientifiques de déterminer l'origine du cycle solaire, étalé sur onze années, qui varie en intensité et entraîne des fluctuations imprévues de l'activité solaire.

« Nous ne comprenons vraiment pas ce phénomène, » déclare Daniel Müller de l'ESA, scientifique du projet SolO. « J'espère que nous pourrons combler ces lacunes avec Solar Orbiter. »

La compréhension de ces mystères ne relève pas uniquement de la prouesse académique, elle peut également améliorer notre sécurité sur Terre. Les variations de l'activité magnétique du Soleil sont liées aux puissants déploiements d'énergie que l'on appelle éruptions solaires, capables d'anéantir des réseaux électriques, d'abattre des satellites et de tuer nos astronautes. À l'heure actuelle, nous ne sommes pas capables de prédire avec certitude quand frapperont ces éruptions solaires, ni avec quelle puissance.

« Comprendre ces processus fondamentaux, les processus physiques qui se déroulent à l'intérieur de l'atmosphère solaire, nous sera d'une très grande aide, » déclare Holly Gilbert de la NASA, scientifique adjointe du projet SolO.

Le lancement de SolO survient à une période faste pour le domaine de la surveillance solaire ; il s'inscrit dans une série de nouveaux projets destinés à observer le soleil, une véritable avalanche d'opportunités pour aller encore plus loin dans l'exploration scientifique de notre chère étoile.

« On peut dire qu'il fait bon être héliophysicien en ce moment, » déclare Nicola Fox, directeur du département d'héliophysique de la NASA. « Ces initiatives coordonnées vont vraiment changer les choses et nous donner matière à étudier. »

UN ÂGE D’OR POUR L’ÉTUDE DU SOLEIL

Vous avez peut-être remarqué que le Soleil était à la mode en ce moment.

La semaine dernière, l'équipe du Télescope solaire Daniel K. Inouye (DKIST) installé sur le volcan Haleakalā à Hawaï publiait un gros plan envoûtant de la surface solaire. Mises sous la forme d'un film, ces images nous montrent que la surface du Soleil est en fait un patchwork en effervescence de cellules plasmatiques chacune plus grande que la France.

Au mois de décembre, la sonde solaire Parker de la NASA nous transmettait ses premières observations recueillies en orbite proche autour du Soleil. Cette semaine, un numéro spécial du magazine The Astrophysical Journal présentait près de cinquante nouvelles études liées à cette mission. Parmi ces différentes trouvailles figurent notamment les premières observations d'ondes magnétiques « scélérates », la première preuve d'un environnement dénué de poussière à proximité immédiate du Soleil, le premier aperçu distinct d'une éjection de masse coronale et pour finir, un constat étonnant : la vitesse latérale du vent solaire serait nettement supérieure aux prévisions, ce qui peut affecter considérablement l'évolution stellaire. (À lire aussi : La sonde qui s'est approchée au plus près du Soleil nous livre son premier récit)

Ces observations, la sonde solaire Parker les réalise à mesure qu'elle s'enfonce dans la couronne solaire, une couche énigmatique de gaz et de particules dépassant le million de degrés. Au cours des sept années que durera son périple, la sonde se rapprochera du Soleil orbite après orbite pour finalement s'aventurer à moins de 6,5 millions de kilomètres de sa surface flamboyante.

La sonde solaire Parker pourra collaborer avec la sonde SolO, bien que l'objectif de cette dernière ne soit pas de s'approcher autant du Soleil.

Après son lancement, SolO se balancera autour de la Terre et de Vénus pour obtenir l'assistance gravitationnelle qui la catapultera vers le Soleil. Au cours des cinq prochaines années, la gravité de Vénus projettera la sonde sur un plan orbital incliné qui fera entrer les pôles solaires dans son champ de vision. Les premiers aperçus de ces pôles sont prévus pour 2025.

« Elle prendra de la hauteur avec chaque orbite, nous découvrirons donc les régions polaires petit à petit, comme si on les déballait, » illustre Gilbert.

Ensemble, ce duo de sondes spatiales permettra de reconstituer des observations en haute résolution de ce qui pourrait bien être l'environnement le plus extrême et dynamique du système solaire. Au cours de leur voyage en tandem autour du Soleil, ces deux sondes assisteront à l'évolution du vent solaire sous sa forme la plus primitive à mesure qu'il pénètre le système solaire. De plus, SolO est équipée d'une caméra embarquée capable de photographier les sites survolés par la sonde Parker.

« Ce sera une grande synergie, » déclare Gilbert. « SolO nous donnera des informations sur le contexte et Parker sera sur place, en train de mesurer le plasma pendant que SolO immortalise l'instant. »

Et depuis la Terre, alors que les deux orbiteurs tourneront autour du Soleil, le DKIST observera la surface solaire avec encore plus de détails que l'une ou l'autre sonde. Ce qui s'explique en partie par le miroir de 4 m dont il est équipé, encore plus grand que celui du télescope spatial Hubble.

« Ce que DKIST fait, nous ne pourrions jamais le faire depuis l'espace, » indique Müller. « Sa résolution est inégalée dans la partie visible du spectre. »

Ce n'est pas une coïncidence si le Soleil est aujourd'hui sur le devant de la scène, déclare Kelly Korreck, héliophysicien au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et l'un des principaux chercheurs responsables d'un instrument de la sonde solaire Parker. Ces nouveaux observatoires, à la fois terrestres et spatiaux, sont le fruit de plusieurs dizaines d'années de développement technologique et de planification, sans quoi de telles explorations n'auraient jamais été possibles.

« La technologie a évolué, poursuit Korreck, et nous pouvons désormais réaliser certaines de ces missions ambitieuses et captivantes. »

LE PETIT PLUS DE SOLO

Ainsi, les observations polaires réalisées par la sonde SolO pourraient apporter une pièce essentielle qui manque au puzzle du cycle magnétique solaire. Depuis des années, les scientifiques ont conscience que l'activité du Soleil connaît des hauts et des bas sur une période de onze années, mais les théories qui ont essayé d'expliquer ce phénomène se sont toujours heurtées aux observations physiques. Müller nous explique que l'une des raisons derrière ces divergences serait le manque de données détaillées sur les régions polaires du Soleil. Pourtant, il y a maintenant une vingtaine d'années, la sonde Ulysses nous offrait un aperçu des pôles solaires, mais elle était trop éloignée et ne disposait pas de caméra à son bord.

« Nous ne savons tout simplement pas à quoi ressemblent les pôles et nous pensons réellement que ces données sont nécessaires pour percer certains mystères du cycle solaire, » rapporte Müller. « S'il y a un angle mort, c'est celui-là. »

Avec une vision plus exhaustive et globale de la situation, les scientifiques devraient être capables de démêler les subtilités de ces cycles magnétiques et de la façon dont l'énergie se manifeste en surface. Les boucles et les ondes magnétiques peuvent se montrer particulièrement puissantes, et la découverte récente des « ondes scélérates », ces ondes magnétiques à la puissance phénoménale, pourrait permettre d'expliquer un étrange phénomène, le fait que la couronne soit plus chaude que la surface du Soleil.

On appelle boucle coronale les immenses arches qui se dressent par-dessus la surface du Soleil. Elles coïncident souvent avec les sites d'où jaillissent les éruptions solaires. Parfois, ces éruptions libèrent dans l'espace des masses supersoniques de particules surchargées, ce sont les éjections de masse coronale ou ÉMC. Si l'une de ces éjections se dirige vers la Terre, le résultat pourrait être catastrophique.

En 1859, une ÉMC particulièrement puissante a paralysé les réseaux de télégraphes et illuminé le ciel de la Terre par des aurores si intenses qu'elles imitaient la lumière du jour. Désormais connus sous le nom d'événements de type Carrington, ces phénomènes de météorologie spatiale sont précisément ce que les scientifiques souhaitent prédire le plus tôt possible.

Avec suffisamment d'avance, les satellites et réseaux électriques vulnérables pourraient être mis hors ligne et les humains qui se trouveraient en orbite ou dans l'espace profond auraient le temps de se mettre à l'abri.

« Nous pouvons réduire les risques, mais nous devons d'abord déterminer les périodes d'activité du Soleil et la façon dont cette activité affectera la magnétosphère terrestre, » explique Korreck. « Nous sommes de plus en plus dépendants des satellites pour communiquer, nous avons l'intention d'explorer la Lune et Mars avec l'objectif de devenir un peuple de spationautes. Pour toutes ces raisons, nous devons comprendre les dangers que représente cette activité pour nos équipages et nos équipements électroniques dans l'espace. »

De plus, l'approfondissement de nos connaissances sur les mécanismes solaires pourrait nous être utile dans la recherche de formes de vie sur d'autres planètes en orbite autour d'étoiles semblables à notre Soleil.

« Pour moi, l'autre aspect intéressant de cette mission est très simple : le Soleil est une étoile, » conclut Fox. « Nous apprenons comment fonctionne une étoile. Et ces connaissances pourront être appliquées à d'autres étoiles dans d'autres systèmes stellaires. »

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.