Solar Probe Plus: une sonde dans la couronne solaire

La NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de...) vient de sélectionner les instruments scientifiques de Solar Probe Plus, première mission spatiale à pénétrer l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) du Soleil ((pourcentage en masse)). Parmi eux figure un récepteur radio (Un récepteur radio (poste de radio, transistor, tuner, ...) est un appareil électronique destiné à recevoir les ondes...) proposé par le Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en Astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) (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...), CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de...), Universités Paris 6 et Paris 7), dont les antennes électriques serviront de détecteurs géants d'électrons et de poussières, grâce à une méthode originale de mesure initiée et développée à l'Observatoire de Paris, avec le soutien du CNRS et du CNES. 

La sonde Solar Probe Plus (JHU/APL).
Sur cette vue d'artiste, les panneaux solaires sont repliés, comme ce sera le cas lors des approches du Soleil.

Les astronomes en rêvaient depuis le début de la conquête spatiale: explorer in situ la couronne du soleil, source du vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute...), ce plasma d'électrons et de protons qui baigne le système solaire (Le système solaire est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de...) et dont l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une...) avec notre planète (Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste (a)...) gouverne la météorologie de l'espace et nous offre les aurores polaires. Nous avons exploré le système solaire jusqu'à sa frontière (Une frontière ou les lignes (qc et ang.) sont des mots qui désignent la ligne imaginaire qui sépare deux États...) externe à plus de dix milliards de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini...). Mais jamais la région interne, à intérieur de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que décrit dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous...) de Mercure, et les astrophysiciens cherchent depuis des décennies la réponse à deux questions majeures: comment la température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...) de la couronne peut-elle atteindre plus d'un million de degrés, alors que la surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent...) visible du Soleil n'atteint pas 6000°C ? Et comment le plasma du vent solaire est-il accéléré jusqu'à des vitesses supersoniques de près de 1000 kilomètres par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à...) ? Ces questions concernent aussi de nombreuses étoiles qui possèdent une couronne chaude et un vent. Elles impliquent un problème fondamental de physique des plasmas encore non résolu: comment est transportée l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) dans ces milieux turbulents si éloignés de l'équilibre thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou...) local ?

La sonde Solar Probe Plus, qui devrait être lancée en 2018, ne sera pas plus grosse qu'une petite voiture et devra supporter des rayonnements intenses et des températures de plus de 1000° C. Elle portera un bouclier thermique de nouvelle génération pour protéger ses instruments pendant les passages près du Soleil, à seulement 6,5 millions de kilomètres - moins de 10 rayons solaires.

Schéma d'un nuage de plasma en expansion produit par l'impact d'une poussière sur une sonde STEREO,
dont l'analyse a permis récemment la découverte de nanopoussières accélérées par le vent solaire.
Cette étude, dont les applications permettront de mettre au point l'instrument sur Solar Probe Plus,
est financée en partie par un contrat Emergence UPMC.

La sonde portera quatre suites d'instruments, dont le consortium FIELDS, mené par le laboratoire spatial de l'Université de Califormie, qui vient d'être sélectionné au terme d'une compétition très rude impliquant treize propositions. Cette expérience mesurera les champs électriques et magnétiques en utilisant des récepteurs qui devront être fabriqués respectivement au LESIA et au LPC2E (avec le soutien du CNES), pour étudier in situ les électrons de 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...), les émissions radio, les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés...) de plasma, les ondes de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de...) et la turbulence, ainsi que les grains de poussière.

La sélection de l'instrument du LESIA est le fruit d'un travail théorique et instrumental de longue haleine mené par des scientifiques de l'Observatoire de Paris avec le soutien du CNRS et du CNES, pour transformer des antennes électriques munies d'un récepteur radio ultrasensible en détecteurs géants d'électrons et de poussières. Ceci a impliqué une étroite collaboration entre scientifiques et ingénieurs, et les développements théoriques et instrumentaux ont donné lieu à sept thèses de doctorat. Le principe est simple et a été testé sur de nombreuses missions spatiales dans divers environnements du système solaire. L'agitation (L’agitation a comme principale fonction d’accélérer les transferts de grandeurs extensives au sein d'un...) thermique des électrons au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite...) des antennes induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de...) des champs électriques qui sont détectés par le récepteur radio, et dont la spectroscopie révèle les propriétés de base des électrons, comme leur concentration et leur température. Le récepteur radio détecte aussi les poussières qui impactent la sonde en créant des microcratères dont la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) s'ionise et produit des impulsions électriques.

Source: Observatoire de paris