La sonde Solar Orbiter en route vers le soleil ! Objectif exploration de l’héliosphère

Le 10 février 2020, la sonde européenne Solar Orbiter a quitté la Terre depuis la Floride (États-Unis), en direction des pôles du Soleil. Sa mission ? Explorer les vents solaires, l’activité et les cycles de notre étoile, afin de mieux en caractériser les phénomènes éruptifs et de comprendre comment cet astre contrôle son environnement. La recherche française a fortement contribué à cette aventure qui implique notamment des chercheurs de l’Université Paris- Saclay.

Une camionnette de 209 kg de charge utile, voilà ce à quoi ressemble le satellite Solar Orbiter. Lancé le 10 février par une fusée Atlas V 411 fournie par la NASA, il est parti pour une mission d’exploration et d’étude du Soleil d’une durée de sept à dix ans. Il s’intéressera notamment à l’héliosphère, une sorte de bulle créée par les vents solaires et qui contient tout le système solaire et le sépare du milieu interstellaire.

Durant tout ce temps, le satellite ne chômera pas. À son bord, dix instruments, plusieurs desquels issus des laboratoires de l’Université Paris-Saclay, associent mesures in situ (au plus près de la sonde) et mesures de télédétection. Quatre ont pour but de mesurer le plasma et le champ magnétique du vent solaire et six d’analyser la lumière émise par le Soleil et de prendre des images de l’étoile.

Car projetés par la haute atmosphère du Soleil, les vents solaires forment un plasma, un état de la matière où les ions et les électrons se déplacent indépendamment. Ces vents « peuvent être lents ou rapides, et on ignore d'où vient cette variabilité », signale la chercheuse Miho Janvier, de l'Institut d'astrophysique spatiale (IAS – Université Paris-Saclay, CNRS), impliquée dans la mission. Parfois perturbés par des éruptions solaires qui éjectent un nuage de particules chargées dans un champ magnétique, ils occasionnent des tempêtes solaires plus ou moins violentes. Dans des cas extrêmes, ces tempêtes affectent les outils technologiques terrestres comme le GPS.

« Est-ce le même vent qui varie d'une région solaire à une autre de façon continue, ou y a-t-il des sources différentes de vents ? », continue la chercheuse. C'est un des mystères que les scientifiques espèrent résoudre avec cette mission. « Avec Solar Orbiter, nous pourrons étudier un même phénomène à deux distances différentes. C’est comme si, pour comprendre l’écoulement d’une rivière, on remontait à sa source en observant les courants, les cascades et les tourbillons qui expliquent ce que l’on observe en aval. »

Pour opérer son voyage de deux ans vers le Soleil, Solar Orbiter utilisera la gravité de Vénus et de la Terre. Ces manœuvres l’amèneront à prendre les toutes premières images de l’astre solaire depuis l'intérieur de l'orbite de Mercure, à une distance de moins d'un tiers de la distance Terre-Soleil !

Des instruments développés dans les laboratoires de l’Université

Dès le démarrage du projet en 2012, des laboratoires de l’Université Paris-Saclay se sont employés à réaliser certains des instruments embarqués par le satellite. L’Institut d'astrophysique spatiale (IAS - Université Paris-Saclay, CNRS) est responsable des opérations du spectrographe SPICE, un instrument effectuant des relevés de densité, de température, de vitesse et de composition chimique du plasma de l’atmosphère solaire. L’IAS est chercheur associé principal de PHI, un instrument qui mesurera le champ magnétique et les vitesses radiales à la surface du Soleil et sondera son intérieur grâce à l’héliosismologie temps - distance. ll est également co-responsable scientifique de l’instrument EUI, un télescope imageur dans l’ultraviolet extrême qui fournira des séquences d’images des couches atmosphériques solaires, de la photosphère à la couronne. Pour cet instrument, le Laboratoire Charles Fabry (LCF - Université Paris-Saclay, Institut d'Optique Graduate School, CNRS) a réalisé les miroirs des télescopes extrême ultraviolet haute résolution HRI (High Resolution Imager) et plein champ FSI (Full Sun Imager).

L’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (IRFU – Université Paris- Saclay, CEA) a conçu et réalisé les détecteurs du plan focal de l’instrument STIX, un télescope qui fournira des images et des spectres des éruptions solaires en rayons X.

Le Laboratoire de physique des plasmas (LPP - Université Paris-Saclay, CNRS, École polytechnique) a conçu et réalisé la tête de mesure du détecteur d’ions du SWA. Cet analyseur de vent solaire caractérisera de manière complète les principaux constituants du plasma du vent solaire grâce à trois détecteurs (protons, électrons et ions). Le LPP a également participé à la mise au point de l’instrument RPW, qui va mesurer les champs magnétiques et électriques à haute résolution temporelle pour déterminer les caractéristiques des ondes électromagnétiques et électrostatiques dans le vent solaire.

« On a des théories, mais il nous manque encore plein de pièces du puzzle », remarque Miho Janvier (IAS). Avec le lancement de Solar Orbiter, les mystères devraient bientôt s’éclairer !