Let the sunshine in!

Les meilleures choses se font attendre. Après plusieurs mois de suspense haletant, les premières images de la couronne solaire prise par l’instrument Metis, le « super » coronographe de la mission Solar Orbiter, lancée au mois de février, sont enfin publiques.

 

En quoi cette image est-il si spéciale ?

Le 15 mai 2020, tandis que Solar Orbiter se déplaçait à 0,6 unité astronomique du Soleil (60 % de la distance moyenne Terre-Soleil), l’instrument Metis a, quant à lui, acquis les premières images simultanées de la couronne du Soleil, en lumière visible et ultraviolette. Pour pouvoir déceler la lumière coronale extrêmement faible, Metis produit une sorte d’éclipse solaire artificielle. Le disque noir au centre des images crée l'occultation du disque solaire, dont la taille et l'orientation sont illustrées par la sphère superposée au milieu de la région occultée. Lorsque Solar Orbiter s'approchera de la distance minimale du Soleil (0,28 unité astronomique), la taille du disque solaire sera doublée, mais toujours complètement "éclipsée". 

 


© [Credits: ESA/Solar Orbiter/Metis Team]

 

L'image est prise en lumière visible polarisée et montre clairement la configuration caractéristique de la couronne solaire pendant la phase d'activité magnétique minimale.

 


© [Credits: ESA/Solar Orbiter/Metis Team, Mauna Loa Solar Observatory/HAO/NCAR/NSF, Predictive Science Inc./NASA/NSF/AFOSR, NASA/SDO/AIA].

 

Le champ magnétique solaire confine le plasma coronal principalement près de la ceinture équatoriale, où les lignes de champ sont fermées, donnant naissance à de brillantes serpentines, comme le montre l'image où la carte du champ magnétique du Soleil est superposée à celle de la couronne solaire immortalisée par Metis.

 


© [Credits: ESA/Solar Orbiter/Metis Team]

 

Cette première image prise Metis dans la lumière ultraviolette (UV), émise par des atomes d'hydrogène neutres, est une première mondiale. La couronne solaire UV n'avait jamais été observée auparavant dans cette région, s'étendant jusqu'à 7 rayons solaires du centre solaire.

Ce sont les premières images, parmi des milliers, qui permettront aux scientifiques de caractériser complètement les deux plus importants composants du plasma dans la couronne du Soleil* et le vent solaire (électrons et protons). Ces images nous aideront à répondre à des questions fondamentales sur les origines du vent rapide et du vent lent, les sources de particules énergétiques solaires, l'éruption et les premiers changements dans les éjections de masse coronale.

 

Qu’est-ce que l’instrument Metis a de si particulier ?

Réalisé par Thales Alenia Space, en co-maîtrise d’œuvre avec OHB, Metis est conçu pour fournir la toute première imagerie de la couronne solaire, simultanément dans les bandes visible et ultraviolet. Cela révélera des détails structurels et dynamiques sans précédent de l'atmosphère solaire, qui s'étend de 1,7 à 9 rayons solaires. Ces données précieuses permettront d’étudier le comportement de ces zones de même que la météo au sein du système solaire.

Ces observations, basées sur la couverture temporelle et la résolution spatiale sans précédents de des instruments, faciliteront l’étude de la structure et du comportement dynamique de la couronne, pour enfin démêler leurs caractéristiques intrinsèques des effets de la rotation solaire.

Metis a été réalisé à l’initiative d’un consortium scientifique international dirigé par Ester Antonucci de l'INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino (Observatoire d'astrophysique de Turin), avec le support de l'Agence Spatiale Italienne (ASI). Le Responsable de la Recherche est Marco Romoli, de l'Université de Florence.

 

 

Quelles découvertes pourront être faites par Metis ?

Les vents solaires, constitués de particules chargées d’électrons, de protons et de noyaux d'hélium qui se déplacent à des vitesses comprises entre  250 à 750 km/sec, partent de la couronne en direction de l’espace lointain.

A l’occasion de tempêtes solaires, de grandes quantités de matière sont expulsées de la couronne (éjections de masse coronale), ce qui génère des vents solaires violents qui perturbent ensuite la magnétosphère, l'ionosphère et la thermosphère terrestre, provoquant des tempêtes géomagnétiques. La météorologie spatiale permet à ce titre l'étude de ce type de phénomènes.

Grâce aux mesures effectuées par l’instrument Metis, les scientifiques auront la capacité de caractériser les composantes plasmiques essentielles de la couronne et du vent solaire. L'étude de cette zone est déterminante pour établir la relation entre les phénomènes de l'atmosphère solaire ainsi que leurs changements au sein de l'héliosphère intérieure. Il s’agit de l’un des objectifs scientifiques fondamentaux de la mission d’exploration Solar Orbiter.

 

Quelle est la spécificité de la mission ?

Solar Orbiter fait partie intégrante du programme "Vision cosmique" de L’ESA. Destiné à des observations au plus près du Soleil, y compris depuis les hautes latitudes, le programme permettra la fourniture des premières images des régions polaires inexplorées du Soleil. En raison de l’extrême proximité du Soleil, cette mission est essentielle pour mieux comprendre l'héliosphère ainsi que son impact sur la Terre.

Mission internationale conjointe entre les agences spatiales européenne (ESA) et américaine (NASA), l’orbiteur a été développé par Airbus Defence and Space. Un grand nombre de partenaires industriels et du monde universitaire ont contribué à l’accomplissement de ce bijou de haute technologie ainsi qu’à la réalisation de ses instruments scientifiques ; Thales Alenia Space jouant un rôle majeur.

 


© ESA

Comment Solar Orbiter va-t-il explorer le Soleil ?

Solar Orbiter atteindra son orbite opérationnelle au cœur du système solaire interne  dans deux ans, en bénéficiant de la force gravitationnelle autour de Vénus et de la Terre. Il observera le Soleil à partir de 0,28 unité astronomique (UA), soit 28 % de la distance moyenne entre la Terre et le Soleil, et jusqu'à 34° au-dessus de l'équateur solaire.

L’orbiteur est équipé de dix instruments scientifiques : six instruments de télédétection pour observer et photographier le Soleil, et quatre instruments "in situ" pour mesurer l'environnement de l'héliosphère autour de Solar Obiter. Au cours des sept années de la mission, les instruments mesureront le plasma du vent solaire, le champ magnétique, les ondes électromagnétiques et électrostatiques, ainsi que les particules énergétiques émises par le Soleil. Des images spectaculaires des caractéristiques solaires, avec une résolution inégalée, pourront ainsi voir le jour. Et c’est Métis qui aura la lourde responsabilité de caractériser l’intégralité de la couronne solaire !

 

Comment l'orbiteur protège-t-il Metis et les autres instruments ?

Thales Alenia Space a conçu et construit un bouclier thermique pour protéger l’orbiteur et ses instruments de l’extrême chaleur ambiante, tout en permettant à Metis et aux autres capteurs de bénéficier d’une vue dégagée en direction du Soleil. Constitué de plusieurs couches protectrices en titane, ce bouclier est par ailleurs isolé du satellite grâce à une combinaison de couvertures thermiques et d'un noyau en nid d'abeille en aluminium en particulier.

 


© Thales Alenia Space

 

« Et s’il n’en reste qu’un… »

En regardant de près, on peut voir que tous les instruments sont protégés par le bouclier thermique... tous sauf un. L'un d’entre eux se distingue en effet, bravant inexorablement la chaleur torride du Soleil : il s’agit de Metis.

Nous avons demandé à Stefano Cesare, responsable programme pour l'instrument Metis, de nous faire part de son expertise

Metis est en effet le seul instrument dont le diaphragme dépasse du bouclier thermique. Ce diaphragme a été protégé de la contamination particulaire à l’aide d’un capuchon, permettant à la lumière de la couronne d'atteindre ses détecteurs pour la première fois. Cette spécificité a été l'un des principaux challenges à prendre en considération lors de la phase de conception. Au plus près du soleil, le diaphragme, non protégé par le bouclier thermique, devra être en capacité de résister à des températures extrêmes, allant jusqu'à 400°C. Tandis que Solar Orbiter poursuit son voyage à destination du Soleil, l’instrument Metis sera en éveil permanent ! Après avoir recueilli l’image de la "première lumière coronale du Soleil", les opérateurs de la mission se concentreront sur l'activation et le test à distance de toutes les fonctions ainsi que sur le calibrage de l'instrument ; l’objectif étant de s'assurer qu'il fournira des performances maximales une fois que la phase scientifique aura commencé, dans deux ans environ.

 

*La NASA décrit la couronne du Soleil comme suit "la partie la plus éloignée de l'atmosphère du Soleil, qui s'étend loin dans l'espace. La couronne est généralement cachée par la lumière vive de la surface du Soleil, ce qui la rend difficile à visualiser sans utiliser des instruments spéciaux".